JP4983110B2

JP4983110B2 - 電波センサ

Info

Publication number: JP4983110B2
Application number: JP2006174335A
Authority: JP
Inventors: 勉味岡; 倫久高橋; 敬介石橋
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2006-06-23
Filing date: 2006-06-23
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2026-06-23
Also published as: JP2008003005A

Description

本発明は、電波センサに関し、より詳しくは、遊技機に対する電波照射による不正防止のために使用する電波センサに関する。

パチンコ遊技機や回胴遊技機に代表される遊技機では、電波照射による不正を防止することが重要な技術的課題となっている。代表的な例として、遊技盤上に設けられた入賞口などに設けられ、遊技球の通過を検知する近接センサに対して、強電波を照射して誤作動を生じさせる不正がある。そのような不正を防止するために、遊技機に向けて照射された電波を検知する電波センサが開発されている。このような電波センサでは、遊技機や他の機器などから発信される電波を、不正照射された電波と誤って検知しないことが望ましい。
そこで、一つのアンテナが形成された回路基板の周囲を金属からなる遮蔽体で覆った電波感知警報装置が開発されている（特許文献１参照）。この電波感知警報装置では、遮蔽体により、遊技機や他の機器から発信される電波を遮蔽して、それらの電波と、不正照射された電波とを誤認することを防止するように構成されている。

また、不正防止に使用する電波センサでは、照射される電波の周波数帯域を事前に特定することができないため、広い周波数帯域に対して良好な検知能力を有することも重要である。しかし、特許文献１に記載された電波感知警報装置は、アンテナを一つしか有さないため、検知可能な周波数帯域が限定されてしまう。また、アンテナを一つしか有さない場合、アンテナの長さ及び形状に依存して電波の検知能力が大きく変動してしまうため、アンテナの長さ及び形状を、検知しようとする電波に応じて厳密に決定する必要がある。さらに、この電波感知警報装置は、遮蔽体の背面に金属板が存在する場合と存在しない場合とでも、電波検知能力が大きく変動してしまうため、使用する環境に応じて設計を変更しなければならない。

そこで、高周波電波の検知用と低周波電波の検知用にそれぞれ別個のアンテナを有する電波検知装置が開発されている（特許文献２及び特許文献３参照）。
特許文献２に記載された電波センサは、低周波電波用のアンテナ及び高周波電波用のアンテナをそれぞれ同一の回路基板上に金属箔として形成している。また、特許文献３に記載された電波検知装置は、低周波電波の検出用回路と高周波電波の検出用回路を別個に有し、それぞれの検出用回路にアンテナが接続される構成となっている。そして、一つのケース内に、各検出用回路及び各アンテナを内蔵させている。

しかし、特許文献２に記載された電波センサでは、二つのアンテナを同一の回路基板上に形成しているため、電波の発生方向に無関係に電波を検知してしまう。そのため、遊技機や他の機器などから発せられた電波を不正照射された電波と誤って検出するおそれがある。また、特許文献３に記載された電波検知装置についても、具体的なアンテナの配置、構成について記載されておらず、上記の問題を解決するものではない。また、これらの電波センサ及び電波検知装置についても、周囲に金属板が存在する場合と存在しない場合とで、電波検知能力が大きく変動してしまう問題を有する。

特許第３１５６０４８号公報特開２００４−２６４１８６号公報特開２００２−１１９７３３号公報

上記の問題点に鑑み、本発明の目的は、誤動作を生じ難く、照射される電波に対して広い周波数帯域にわたって検知可能な電波センサを提供することにある。

また本発明の別の目的は、耐久性に優れた電波センサを提供することにある。

さらに本発明の別の目的は、小型の電波センサを提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明に係る電波センサは、第１のアンテナ及び第２のアンテナと、第１及び第２のアンテナと接続され、それらのアンテナで受信した電波を検知する電波検知回路とを有し、所定の方向から到来する電波に対して、第２のアンテナが第１のアンテナを遮るように配置されることを特徴とする。二つのアンテナを有しているため、広い周波数帯域にわたって電波を検知することができる。さらに、各アンテナを上記のような配置とすることにより、第１のアンテナで電波を検知可能な方向が限定されるので、少なくとも第１のアンテナが検知対象とする周波数帯域において、着目していない方向から飛来する電波を検知して生じる誤動作を防止することができる。

また、本発明に係る電波センサにおいて、電波検知回路は発振回路を有し、第１のアンテナで受信した電波に基づいて発振回路を駆動し、且つ第２のアンテナで受信した電波で第１のアンテナで受信した電波の同相成分を相殺することにより発振信号を発生することが好ましい。係る構成により、アンテナの配線長の設計に冗長性を持たすことができ、且つ長大なアンテナを必要としなくなるので、電波センサを小型化することができる。

また、本発明に係る電波センサにおいて、第２のアンテナが接地されることが好ましい。電波検知部分の表面積が広い方の第２のアンテナに到来した静電気などを直接アースに放電できるので、静電気などによる回路故障を防止することができる。

さらに、本発明に係る電波センサにおいて、第２のアンテナは、第１のアンテナと略平行に配置される底面部と、底面部の少なくとも一端で結合し、底面部と略直交する側壁部とを有し、第１のアンテナは、第２のアンテナの側壁部の先端よりも第２のアンテナの底面部の近くに配置されることが好ましい。係る構成により、電波検出方向の指向性をより向上させることができる。

また、本発明に係る電波センサにおいて、電波検知回路は、第２のアンテナの側壁部の先端よりも第２のアンテナの底面部の近くに配置されることが好ましい。

さらに、本発明に係る電波センサは、第１のアンテナ、第２のアンテナ及び電波検知回路の周囲に配置される筐体を有し、その筐体の外壁から第２のアンテナまでの沿面距離が、その筐体の外壁から第１のアンテナまでの沿面距離よりも短いことが好ましい。筐体の外部から侵入する静電気を、接地されている第２のアンテナへ誘導できるので、電波検知回路の静電破壊を防止することができる。

さらに、本発明に係る電波センサにおいて、第１のアンテナは電波検知回路を有する回路基板上に金属箔パターンとして形成され、第２のアンテナは金属板で形成されることが好ましい。

本発明によれば、誤動作を生じ難く、照射される電波に対して広い周波数帯域にわたって検知可能な電波センサを提供することが可能となる。

また本発明によれば、耐久性に優れた電波センサを提供することが可能となる。

さらに本発明によれば、小型の電波センサを提供することが可能となる。

以下、図面を参照しつつ本発明を適用した第１の実施形態に係る電波センサについて詳細に説明する。そこで先ず、第１の実施形態に係る電波センサに搭載される電波検知回路１について説明する。

図１に、電波検知回路１の回路図を示す。電波検知回路１は、発振回路１１、ＬＣ共振回路１２、アンテナ１３及びアンテナ１４を有する。そして、発振回路１１は、ＬＣ共振回路１２と接続される。また、ＬＣ共振回路１２の高電位側端子及び低電位側端子には、それぞれアンテナ１３及びアンテナ１４が接続される。そして、電波検知回路１では、電波照射されない状態では、発振回路１１が発振を起こさないように、ＬＣ共振回路１２側のコンダクタンスｇＬが、発振回路１１側のコンダクタンスｇｉよりも大きくなるように設定される。一方、電波照射を受けることによって、発振回路１１側のコンダクタンスｇｉが増加してＬＣ共振回路１２側コンダクタンスｇＬを上回り、発振回路１１は発振するようになる。

このように構成することで、特に５０ＭＨｚ〜１４４ＭＨｚの低周波領域の照射電波を良好に検知することが可能となる。さらに、電波照射の有無を、発振の有無として出力することができるので、特に発振回路１１からの出力を増幅することにより、電波照射時の出力電圧の振幅と電波非照射時の出力電圧の振幅の差を大きくすることができるので、高い検知能力を得ることができる。以下、電波検知回路１の各部について詳細に説明する。

図１に示すように、発振回路１１は、トランジスタＴr₁〜Ｔr₇及び抵抗Ｒ₁〜Ｒ₃で構成される。このうち、ＮＰＮ型のトランジスタＴr₁、ＰＮＰ型のトランジスタＴr₂、Ｔr₃及び抵抗Ｒ₁は、発振出力を生じるための主要部分を構成する。一方、ＰＮＰ型のトランジスタＴr₄、Ｔr₅及び抵抗Ｒ₂は、トランジスタＴr₁のベース及びＬＣ共振回路１２のコイルＬ1に駆動電流Ｉ₀を供給するための駆動電流回路Ｉ₀を構成する。さらに、ＮＰＮ型のトランジスタＴr₆、Ｔr₇及び抵抗Ｒ₃は、ＬＣ共振回路１２の高電位側端子とトランジスタＴr₁のベース間の直流バイアス電圧Ｖ₀を一定に保つための定電圧回路Ｖ₀を構成する。

ここで、発振回路１１の主要部を構成するトランジスタＴr₂及びＴr₃のエミッタは、それぞれ電圧源Ｖccと接続されている。また、トランジスタＴr₂及びＴr₃のベースは互いに接続され、さらにトランジスタＴr₁のコレクタに接続されている。さらに、トランジスタＴr₂のコレクタも、トランジスタＴr₁のコレクタに接続されている。さらに、トランジスタＴr₃のコレクタは、ＬＣ共振回路１２の高電位側端子と接続されている。

また、トランジスタＴr₁のエミッタは、抵抗Ｒ₁を介して接地されている。さらに、トランジスタＴr₁のベースは、駆動電流回路Ｉ₀を構成するＰＮＰ型のトランジスタＴr₅のコレクタに接続されている。同様に、トランジスタＴr₁のベースは、定電圧回路Ｖ₀を構成するＴr₆のベース及びトランジスタＴr₇のコレクタに接続されている。さらに、トランジスタＴr₁のベース電位は、出力Ｖoutとして取り出される。

駆動電流回路Ｉ₀を構成するトランジスタＴr₄及びＴr₅のエミッタは、それぞれ電圧源Ｖccと接続されている。また、トランジスタＴr₄及びＴr₅のベースは互いに接続され、さらにトランジスタＴr₅のコレクタに接続されている。さらに、トランジスタＴr₅のコレクタは、抵抗Ｒ₂を介して接地されている。

定電圧回路Ｖ₀を構成するトランジスタＴr₆のコレクタは、電圧源Ｖccと接続されている。また、トランジスタＴr₆のベースは、トランジスタＴr₁のベース及びトランジスタＴr₄のコレクタに接続されている。さらに、トランジスタＴr₆のエミッタは、トランジスタＴr₇のベースに接続され、また抵抗Ｒ₃を介してＬＣ共振回路１２の高電位側端子と接続されている。そして、トランジスタＴr₇のエミッタも、ＬＣ共振回路１２の高電位側端子と接続されている。

この発振回路１１では、ＬＣ共振回路１２の高電位側端子からの誘起電位が、定電圧回路Ｖ₀を介してバイアスされてトランジスタＴr₁のベースに入力されると、トランジスタＴr₁のエミッタ電位と抵抗Ｒ₁で定まる電流によってトランジスタＴr₂が駆動される。すると、トランジスタＴr₂とミラー接続されたトランジスタＴr₃が駆動され、トランジスタＴr₃のコレクタ電流がＬＣ共振回路１２の高電位側端子に帰還される。

次に、ＬＣ共振回路１２について説明する。ＬＣ共振回路１２は、コイルＬ₁、コンデンサＣ₁を有する。そして、ＬＣ共振回路１２は、コイルＬ₁とコンデンサＣ₁が高電位側端子と低電位側端子との間に並列接続されたＬＣ並列共振回路である。なお、ＬＣ共振回路１２の低電位側端子は、接地されている。

そして、ＬＣ共振回路１２の高電位側端子には、カップリングコンデンサＣ₂を介してアンテナ１３が接続されている。また、ＬＣ共振回路１２の低電位側端子には、直接アンテナ１４が接続されている。また、アンテナ１３と、アンテナ１４は、検知したい電波を同時に受信するように配置される。なお、これらのアンテナの形状及び配置については、本発明の第１の実施形態に係る電波センサ２０の構造とともに説明した方が、容易に理解できると考えられるので、電波センサ２０の構造とともに後述する。

上記のように、電波検知回路１は電波を照射されると発振するように、発振回路１１側コンダクタンスｇｉと、ＬＣ共振回路１２側コンダクタンスｇＬが設定される。具体的には、ナイキストの発振条件判定に基づき、ｇｉとｇＬの関係が以下の式を満たすように設定した。
発振停止時（電波未照射時）ｇＬ＞ｇｉ（１）
定常発振時（電波照射時）ｇＬ＜ｇｉ（２）

ここで、電波検知回路１において、ｇＬ、ｇｉはそれぞれ以下の式で表される。
ｇＬ ≒ （Ｃ₀＋Ｃ₁）×Ｒ₀／Ｌ₁ （３）
ｇｉ ≒ hfe×Ａ₀／［（２＋hfe）×Ｒ₁］（４）
なお、（３）式において、Ｃ₀はコイルＬ₁の巻線に潜在する浮遊容量、Ｃ₁はコンデンサＣ₁の容量、Ｒ₀はコイルＬ₁の巻線抵抗、Ｌ₁はコイルＬ₁のインダクタンスを表す。また、（４）式において、hfeは、トランジスタＴr₂及びＴr₃の電流増幅率、Ａ₀はトランジスタＴr₂とＴr₃のコレクタ電流比、Ｒ₁は抵抗Ｒ₁の抵抗値を表す。なお、本実施形態では、hfeは１００〜１５０程度となり、Ａ₀は、Ｔr₂とＴr₃がミラー接続されているので、ＬＣ共振回路１２を通じて受信した電波がＴr₃のコレクタに流入しない状態では、ほぼ正確に１となる。

（４）式から明らかなように、Ｒ₁の値を調整することで、発振回路１１側コンダクタンスｇｉを調整できる。したがって、Ｒ₁の値を調整することで、電波照射の有無によって、コンダクタンスｇｉとｇＬが、（１）式を満たす状態と（２）式を満たす状態を切り替わるように、設定することができる。

まず、電波検知回路１に電波が照射されていない状態では、コンダクタンスｇｉとｇＬが（１）式を満たすように、Ｒ₁の値を設定することで、電波検知回路１を発振停止状態とする。
ここで、電波検知回路１に、電波（特に、周波数が約５０ＭＨｚ〜１４４ＭＨｚの範囲に含まれる低周波電波）が照射されると、アンテナ１３から侵入した電波が発振回路１１のトランジスタＴr₃のコレクタに到達する。そのため、コレクタ電流比Ａ₀が増大し、（４）式から明らかなように、発振回路１１側コンダクタンスｇｉも増大する。

一方、ＬＣ共振回路１２側について検討すると、照射された電波は、ＬＣ共振回路１２の高電位側端子と低電位側端子のそれぞれに接続されたアンテナ１３とアンテナ１４で同時に作用し、同相分がキャンセルされる。そのため、ＬＣ共振回路１２側コンダクタンスｇＬは、電波照射の有無にかかわらず、実質的に変動しない。

その結果、電波検知回路１に電波照射することで、コンダクタンスｇＬとｇｉの大小関係が反転し、（２）式を満たすようになる。そして、発振回路１１で定常発振を生じるようになる。

次に、本発明の第１の実施形態に係る電波センサ２０の構造について、アンテナ１３及びアンテナ１４の形状及び配置関係とともに説明する。
図２（ａ）、図２（ｂ）は、それぞれ電波センサ２０の概略斜視図であり、図２（ａ）はアンテナ１４側（以下、電波センサ２０の背面側という）から見たものであり、図２（ｂ）はアンテナ１３側（以下、電波センサ２０の前面側という）から見たものである。また、図２（ｃ）は、アンテナ１３とアンテナ１４の平面投影図である。

図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、アンテナ１３は、一例として、電波検知回路１が形成されたプリント基板２１の表面（アンテナ１４と対向する側の面）上に、リング形状の銅箔パターンとして形成される。一方、アンテナ１４は、矩形状の金属板として形成される。また、プリント基板２１には、電波検知回路１と電気的に接続されるコネクタ２２を実装し、外部に設けられた電源から、電波検知回路１へ電力供給を行い、また電波検知回路１からの出力信号を外部に設けられた制御基板などに出力可能とした。なお、説明を明瞭にするため、電波検知回路１は、図上では省略されている。

さらに、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、二つのアンテナ１３及び１４は略平行に配置される。さらに、アンテナ１４の一端は、プリント基板２１の嵌合穴２３に嵌合され、半田接合等の方法により、プリント基板２１上の電波検知回路１と電気的に接続される。

さらに、アンテナ１３及びアンテナ１４は、電波センサ２０の前面側から照射された電波を検知し、電波センサ２０の背面側から照射された電波は検知しないように配置される（以下、電波センサ２０の前面を電波検知面という）。すなわち、図２（ｃ）に示すように、アンテナ１３の電波検知部分の表面積は、アンテナ１４の電波検知部分の表面積よりも小さく、電波センサ２０の電波検知面側からは、両方のアンテナを視認することができるものの、電波センサ２０の背面側からは、アンテナ１３を視認することが出来ない構造とした。言い換えると、電波検知面に対して略垂直な方向でアンテナ１３をアンテナ１４上に投影してできる像は、アンテナ１４に完全に包含される。

そのため、電波センサ２０の電波検知面側から電波を照射した場合には、アンテナ１３及びアンテナ１４の両方で電波を受信できるので、上記のように、電波検知回路１からは発振出力が得られるようになる。
しかし、電波センサ２０の背面側から電波を照射した場合には、アンテナ１４がアンテナ１３を隠すので、アンテナ１３は照射された電波を検知することができない。そのため、上記のようにコンダクタンスｇｉは殆ど変化せず、電波検知回路１は発振停止状態を維持する。
このように、特定方向からは、両方のアンテナを視認することができ、その反対方向からは、アンテナ１４でアンテナ１３を遮るようにアンテナ１３及び１４を配置することで、電波センサ２０に指向性をもたせることができる。

また、一般に、アンテナの大きさ及びアンテナに接続される配線の長さは、検知感度に影響するため、検知しようとする電波に応じて厳密に決定する必要がある。しかし、電波センサ２０では、アンテナ１４が、アンテナ１３で受信した電波の同相成分をキャンセルさせるため、配線長により検知感度が変動する現象を抑制することができる。また、長大なアンテナを必要としなくなるので、電波センサを小型化することができる。

上記のように、本発明を適用した第１の実施形態に係る電波センサ２０は、サブストレート型トランジスタの遮断現象における不感帯域電波の到来を検知できるので、広い周波数帯域の電波を検知することができる。また、二つのアンテナを有することで、電波検知方向に指向性を持たせることができ、且つアンテナの配線設計が容易となる。

次に、本発明を適用した第２の実施形態に係る電波センサ３０について説明する。第２の実施形態に係る電波センサ３０は、第１の実施形態に係る電波センサ２０と比較して、アンテナの構造が異なる点と、アンテナ及び電波検知回路１を収納する筐体を有する点で相違するが、同一の電波検知回路を使用するものである。そこで、以下では、電波センサ３０の構造及びアンテナについて説明する。

図３（ａ）は、電波センサ３０を前面（電波検知面）側から見た斜視図であり、図３（ｂ）は、電波センサ３０を背面側から見た斜視図である。また、図４は、電波センサ３０の背面側から見た部品展開図である。図４に示すように、アンテナ１３は、図２に示した第１の実施形態と同様の構造を有しており、プリント基板２１上の銅箔パターンとして形成される。一方、アンテナ１４は、矩形平板状の底面部と、その底面部と略直交し、三方をコの字型に覆う側壁からなる箱型状構造の金属板で形成される。そして、アンテナ１４の一端は、図２に示したものと同様に、プリント基板２１の嵌合穴（図示せず）に嵌合され、半田接合等の方法により、プリント基板２１上の電波検知回路１と電気的に接続される。また、プリント基板２１の表面には、電波検知回路１と電気的に接続されるコネクタ２２を実装し、外部に設けられた電源から、電波検知回路１へ電力供給を行い、また電波検知回路１からの出力信号を外部に設けられた制御基板などに出力可能とした。そして、樹脂製のケース２４及びカバー２５は、一体となって一つの筐体を形成し、その内部空間に、プリント基板２１及びアンテナ１４を収納する。

図５（ａ）は、電波センサ３０の概略断面図である。図５（ａ）に示すように、電波センサ３０は、箱型形状のアンテナ１４の開放端をプリント基板２１で蓋をした構造となっている。また、プリント基板２１は、カバー２５の突起部で支持され、アンテナ１４の開放端よりも内側に配置される。すなわち、プリント基板２１は、アンテナ１４の側壁の先端部よりもアンテナ１４の底面の近くに配置される。したがって、プリント基板２１の表面に形成されたアンテナ１３及び電波検知回路１も、アンテナ１４の側壁の先端部よりもアンテナ１４の底面の近くに配置される。

電波センサ３０では、アンテナ１３の側面を覆うようにアンテナ１４が存在することになるため、電波センサ３０の側面から照射された電波も、アンテナ１４でのみ受信され、アンテナ１３では殆ど受信されない。そのため、上述した第１の実施形態の構造例と比較して、電波検知方向の指向性をより高めることができる。

ここで、再度図１を参照すると、アンテナ１４は、ＬＣ共振回路１２の低電位側端子を経て接地されている。したがって、アンテナ１４は、電磁誘導ノイズに対するシールドとしての役割も有し、検知対象でない方向からの電波から電波検知回路１を防護する。
さらに、静電気に対しても、アンテナ１４がアースの役割を果たすため、電波検知回路１を防護することができる。図５（ｂ）は、この様子を示した、電波センサ３０の概略断面図の端部拡大図である。電波センサ３０に外部から到達する静電気は、ケース２４とカバー２５の隙間ｇから、沿面を伝って電波センサ３０の内部に侵入する。ここで、上記のように、電波センサ３０では、アンテナ１３は、アンテナ１４の開放端よりも内側に配置される。よって、ケース２４及びカバー２５の外殻からアンテナ１３までの沿面距離よりも、それらの外殻からアンテナ１４までの沿面距離の方が短い。そのため、静電気は、アンテナ１３及び電波検知回路１の他の部分に到達する前に、アンテナ１４に到達し、ＬＣ共振回路１２の低電位側端子を経て放電される。

上記のように、電波センサ３０は、アンテナ１４でアンテナ１３の側面を覆うことにより、電波検知方向の指向性をより高めることができる。また、電波検知方向以外から飛来する電波や、電磁誘導ノイズを、接地されたアンテナ１４で拾い易くなるため、ノイズによる誤作動を生じ難いという利点を有する。さらに、電波センサ３０の外殻から接地されたアンテナ１４までの沿面距離が、その外殻からアンテナ１３や電波検知回路１までの沿面距離よりも短くなるように各部を配置したことにより、静電気がアンテナ１４から直接アースへ放電されるので、静電破壊を生じ難いという利点を有する。

なお、アンテナ１３及び１４の形状は、上記のものに限られない。例えば、アンテナ１３の形状を、単純な円形や、矩形とすることもできる。同様に、アンテナ１４も、円形など、他の形状にすることができる。

さらに、上記の例では、アンテナ１４の底面の三方に側壁を形成したが、アンテナ１３で受信して欲しくない電波の到来方向が予め分かっている場合には、その到来方向に対応する一端だけに側壁を形成してもよい。

次に、本発明の第３の実施形態に係る電波センサについて説明する。第３の実施形態に係る電波センサは、第２の実施形態に係る電波センサ３０の電波検知回路１を、高周波電波に対する検知性能を向上させた電波検知回路２に変更したものであり、その他の部分については電波センサ３０と同一である。そこで、以下では、電波検知回路２についてのみ説明する。

図６に、電波検知回路２の回路図を示す。電波検知回路２は、第１の電波検知回路１と、第２の電波検知回路１５、比較回路１６及び出力回路１７を有する。また、第１の電波検知回路１は、図１に示した電波検知回路１と同一の回路である。なお、図の簡略化のために、駆動電流回路Ｉ₀及び定電圧回路Ｖ₀は、等価回路で表している。

第２の電波検知回路１５は、サブストレート型ＰＮＰトランジスタＴr₈と抵抗Ｒ₄からなるエミッタフォロア回路であり、トランジスタＴr₈のエミッタが抵抗Ｒ₄を介して供給電源Ｖccに接続され、トランジスタＴr₈のコレクタが接地される。また、トランジスタＴr₈のベースは、第１の電波検知回路１の出力端子（トランジスタＴr₁のベース）に接続される。
なお、トランジスタＴr₈を、通常のＰＮＰトランジスタとし、そのコレクタを集積回路のサブストレートで形成されるＧＮＤラインに接続するようにしてもよい。

比較回路１６は、トランジスタＴr₉及びＴr₁₀、抵抗Ｒ₅〜Ｒ₉、コンデンサＣ₃、コンパレータＣＯＭ１、及び定電圧回路Ｖ₁で構成される。そして、比較回路１６は、第２の電波検知回路１５のトランジスタＴr₈のエミッタ電位を入力とし、その電位によって充電を行う積分回路の出力電位を所定の閾値と比較により弁別する。なお、比較回路１６の構成は周知であるため、ここでは詳細な説明は省略する。

出力回路１７は、ＮＰＮ型トランジスタＴr₁₁と抵抗Ｒ₁₀から構成される。そして、出力回路１７は、比較回路１６のコンパレータＣＯＭ１の出力端子から得た出力を、抵抗Ｒ₁₀を介してトランジスタＴr₁₁のベースに入力し、トランジスタＴr₁₁のコレクタから出力Ｖoutを取り出すことで、比較回路１６の出力信号を反転させた信号を出力する。
なお、電波検知回路２に電波照射されていない状態では、比較回路１６のコンパレータＣＯＭ１からの出力は高電位となり、出力回路１７から低電位信号が出力されるように、抵抗Ｒ₇〜Ｒ₁₀の値が設定される。

以下、電波検知回路２の動作について説明する。
まず、５０ＭＨｚ〜１４４ＭＨｚ程度の比較的低周波の電波が照射された場合について説明する。この場合、アンテナ１３及び１４が電波を受信すると、第１の電波検知回路１の発振回路１１から発振波が発生する。このとき、第２の電波検知回路１５は、トランジスタＴr₈が遮断現象を生じないため、通常のエミッタフォロア回路として機能する。そして、発振波によりトランジスタＴr₈のエミッタ電位Ｖ_eが低下し、Ｖ_e＜Ｖ₁−２Ｖ_beとなる領域で、比較回路１６のトランジスタＴr₉がＯＮとなり、抵抗Ｒ₆とコンデンサＣ₃で構成される積分回路への充電が開始される。なお、上式で、Ｖ₁は、比較回路１６の定電圧源Ｖ₁のバイアス電圧であり、Ｖ_beはトランジスタＴr₉及びＴr₈のベースエミッタ間電圧である。

電波照射が継続し、コンデンサＣ₃への充電が進むと、抵抗Ｒ₆の両端電位が増大する。そして、この電位と、抵抗Ｒ₇〜Ｒ₉で定まる閾値電圧とを、コンパレータＣＯＭ１で比較する。そして、抵抗Ｒ₆の両端電位が閾値電圧を超えると、コンパレータＣＯＭ１の出力電圧が低下する。そのため、出力回路１７のトランジスタＴr₁₁はＯＦＦとなり、出力端子Ｖoutから高電位信号が出力され、電波検知回路２が電波照射を検知したことが分かる。

次に、１４４ＭＨｚを超える中〜高周波の電波が照射された場合について説明する。例えば１２００ＭＨｚの周波数を有する電波が照射され、アンテナ１３及び１４がその電波を受信すると、第２の電波検知回路１５のトランジスタＴr₈が遮断現象を起こす。この場合、トランジスタＴr₈のエミッタ電位は、発振回路１１の動作如何にかかわらず、ＧＮＤ電位まで低下する。そのため、比較回路１６及び出力回路１７では、上記の低周波電波照射の場合と同様に動作して、出力端子Ｖoutから高電位信号が出力されるようになる。そして、電波検知回路２が電波照射を検知したことが分かる。なお、発振回路１１からも発振出力が得られるものの、電波検知における主導的な役割は、第２の電波検知回路１５が果たすことになる。

以上のように、電波検知回路２は、低周波の電波に対しては、第１の電波検知回路が発振を行うことにより検知を行うことができ、中〜高周波の電波に対しては、第２の電波検知回路の遮断現象により検知を行うことができる。そのため、広い周波数帯域に対して、良好な検知特性を有する。

図７に、電波検知回路２の周波数−感度特性のグラフを示す。図７において、グラフの横軸は、検知対象の電波の周波数を表し、グラフの縦軸は、電波検知回路の感度を表す。グラフ７０１は、電波検知回路２の周波数−感度特性を表す。また、電波検知回路２を構成する第１の電波検知回路１の周波数−感度特性をグラフ７０２に、第２の電波検知回路１５（サブストレート型ＰＮＰトランジスタによる電波検知回路）の周波数−感度特性をグラフ７０３に示す。
図７に示すように、第１の電波検知回路１は、約１００ＭＨｚ〜１５０ＭＨｚのところで感度が最大となり、周波数が高くなるにつれて感度が低下する。逆に、第２の電波検知回路１５は、低周波ではほとんど感度を持たないものの、周波数が高くなるにつれて徐々に感度も上昇し、約９００ＭＨｚ〜１２００ＭＨｚのところで感度が最大となる。そのため、電波検知回路２全体としては、低周波から高周波まで、良好な感度を有することができる。

以下、本発明を適用した電波センサを応用した、不正防止機能を有する遊技機について説明する。図８に、本発明を適用した電波センサを備えた遊技機５０の概略構成図を示す。
遊技機５０は、上部から中央部の大部分の領域に設けられた遊技盤５１と、下部に配設された球受け部及びハンドルを備えた操作部などで構成される。遊技者の操作に応じて、操作部の回動量に応じて図示しない発射装置より遊技球を発射する。発射された遊技球は、遊技盤５１の側方に設けられたレールに沿って上方へ移動し、遊技盤５１上に設けられた多数の障害釘の間を落下する。遊技盤５１には、障害釘の他に、液晶表示装置などで構成され、遊技者に様々な情報を提供する表示装置と、表示装置の周囲に配置され、遊技の演出に用いられる役物部と、遊技球が入ると複数個の遊技球を獲得することができる入賞口５２などが配設されている。

遊技盤５１に沿って流下する遊技球が入賞口５２に入ると、近傍に配置された近接センサ５３で入賞口５２に入った遊技球を検出する。近接センサ５３は、遊技球を検出すると、コントロールユニット５４に遊技球を検出したことを通知する。すると、コントロールユニット５４は、払い出し装置（図示せず）を制御して、所定数の遊技球を遊技盤５１の前面に設けられた払い出し口（図示せず）に払い出す。またコントロールユニット５４は、一乃至複数の制御基板５５と電気的に接続される。制御基板５５は、コントロールユニット５４からの指示にしたがって、電飾装置、表示装置などの各部を制御する。さらにコントロールユニット５４は、ホール全体の管理を行う集中ＣＰＵに遊技情報を送信するため、外部接続端子基板５６を通じて外部通信可能となっている。

また、悪意をもって不正を行おうとする者が、遊技機５０に向けて電波を照射し、近接センサ５３あるいは制御基板５５の不正動作を生ぜしめることを防止するため、近接センサ５３の近傍に電波センサ５７が配置され、制御基板５５と遊技盤５１との間に電波センサ５８が配置される。そして、電波センサ５７、５８はコントロールユニット５４と電気的に接続され、コントロールユニット５４は、電波センサ５７、５８の出力信号を取得して、電波照射による不正行為が行われたか否かを判断する。コントロールユニット５４は、不正行為が行われたと判断した場合、警報灯駆動回路５９を駆動して警報灯６０を点灯させて、不正行為が行われたことを報知する。さらに、外部接続端子基板５６を通じて集中ＣＰＵへ不正行為が行われたことを通知する。

ここで、電波センサ５７、５８としては、上記の何れかの電波センサを使用することができる。また、上記の電波センサは、電波検知可能な方向に指向性を有する。そこで、電波センサ５７、５８として上記の電波センサを用いる場合、その電波検知可能な方向が、遊技者の方を向くように、すなわち、遊技盤５１と電波センサ５７、５８の電波検知面が対向し、且つ略平行となるように配置される。なお、電波センサ５７は、近接センサ５３よりも遊技盤５１に近接して配置することが好ましい。不正行為のために照射される電波による電界強度が、近接センサ５３の位置よりも強くなり、近接センサ５３が誤動作を生じるよりも先に、電波センサ５７でその電波を検知することが容易となる。

図９は、近接センサ５３とその近傍に配置される電波センサ５７の概略構成図である。図９に示すように、近接センサ５３の信号出力Ｖ_o1と電波センサ５７の信号出力Ｖ_o2は、それぞれコントロールユニット５４の入力端子に接続される。ここで、コントロールユニット５４は、近接センサ５３が遊技球を検知した場合の信号出力Ｖ_o1＝１、遊技球を検知しない場合の信号出力Ｖ_o1＝０とする。同様に、コントロールユニット５４は、電波センサ５７が電波を検知した場合の信号出力Ｖ_o2＝０、電波を検知しない場合の信号出力Ｖ_o2＝１とする。
このとき、コントロールユニット５４は、Ｖ_o1・Ｖ_o2＝１のとき、入賞したと判断し、Ｖ_o1・Ｖ_o2＝０のときには入賞していないと判断する。

そのため、電波センサ５７が不正な電波を検知すると、Ｖ_o1・Ｖ_o2は必ず０となるので、電波照射による不正行為が防止される。またコントロールユニット５４は、Ｖ_o2＝０のとき、警報灯駆動回路５９を駆動し、警報灯６０を点灯させる。さらに、外部接続端子基板５６を通じて集中ＣＰＵへ不正行為が行われたことを通知する。

以上、本発明に係る電波検知回路及び電波センサについて説明してきたが、本発明は上記の例に限られない。例えば、発振回路をコルピッツ型で構成したものや、中間タップ型のハートレイ発振回路で構成してもよい。これらの回路例を、図１０及び図１１に示す。

図１０は、本発明に係る電波検知回路を、コルピッツ型の発振回路で構成した場合の電波検知回路８０の回路図である。この場合、発振回路８１は、トランジスタＴr₁、抵抗Ｒ₁及びＲ₂、駆動電流回路Ｉ₀及び定電圧回路Ｖ₀で構成される。また、ＬＣ共振回路８２は、コイルＬ₁、コンデンサＣ₁及びＣ₂で構成される。そして、アンテナ１３は、ＬＣ共振回路８２の高電位側端子に接続され、アンテナ１４は、ＬＣ共振回路８２の低電位側端子に接続される。この変形例においても、抵抗Ｒ₁の値を調整することにより、電波照射されない状態では発振せず、アンテナ１３及び１４が照射された電波を受信すると、トランジスタＴr₁のコレクタ端子から発振出力を生じる。よって、その発振出力を生じたか否かを調べることにより、電波を検知したか否かを判断することができる。

図１１は、本発明に係る電波検知回路を、中間タップ型のハートレイ発振回路で構成した場合の電波検知回路９０の回路図である。この場合、発振回路９１は、トランジスタＴr₁、抵抗Ｒ₁及びＲ₂、駆動電流回路Ｉ₀及び定電圧回路Ｖ₀で構成される。ＬＣ共振回路９２は、コイルＬ₁及びＬ₂、コンデンサＣ₁で構成される。そして、アンテナ１３は、ＬＣ共振回路９２の高電位側端子に接続され、アンテナ１４は、ＬＣ共振回路９２の低電位側端子に接続される。この変形例においても、抵抗Ｒ₁の値を調整することにより、電波照射されない状態では発振せず、アンテナ１３及び１４が電波を受信すると、トランジスタＴr₁のコレクタ端子から発振出力を生じる。よって、その発振出力を生じたか否かを調べることにより、電波を検知したか否かを判断することができる。

またさらに、上記の電波検知回路の相補回路とした構成にすることもできる。
図１２は、図１に示した電波検知回路１の相補回路とした構成の電波検知回路１００の回路図である。この場合、発振回路１０１は、トランジスタＴr₁〜Ｔr₃、抵抗Ｒ₁、駆動電流回路Ｉ₀及び定電圧回路Ｖ₀で構成される。ＬＣ共振回路１０２は、コイルＬ₁及びコンデンサＣ₁で構成される。各トランジスタＴr₁〜Ｔr₃は、図１の電波検知回路１と比較して、ＰＮＰ型とＮＰＮ型が逆となる。また、アンテナ１３がＬＣ共振回路１０２の低電位側に接続され、アンテナ１４がＬＣ共振回路１０２の高電位側に接続される。なお、この構成においても、ＬＣ共振回路側のコンダクタンスｇＬと、発振回路側のコンダクタンスｇｉは、（３）式及び（４）式で表される。

同様に、図１３は、図１０に示したコルピッツ型発振回路の構成を有する電波検知回路８０の相補回路とした構成の電波検知回路１１０の回路図である。発振回路１１１は、トランジスタＴr₁、抵抗Ｒ₁及びＲ₂、駆動電流回路Ｉ₀及び定電圧回路Ｖ₀で構成される。ＬＣ共振回路１1２は、コイルＬ₁及びコンデンサＣ₁及びＣ₂で構成される。この場合も、トランジスタＴr₁がＮＰＮ型からＰＮＰ型に変更となり、アンテナ１３がＬＣ共振回路１１２の低電位側に接続され、アンテナ１４がＬＣ共振回路１１２の高電位側に接続される。
何れの回路においても、アンテナ１３で受信した電波によってメインとなるトランジスタＴr₁のベースに印加される電圧が変化して、トランジスタＴr₁の駆動状態が変化することにより、発振出力を生じる。
このような修正は、当業者にとっては本発明の範囲内で容易に行うことが可能である。

本発明の第１の実施形態に係る電波検知回路の回路図である。（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明の第１の実施形態に係る電波センサの概略斜視図であり、（ｃ）は、二つのアンテナの平面投影図である。（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明の第２の実施形態に係る電波センサの概略斜視図である。本発明の第２の実施形態に係る電波センサの部品展開図である。（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る電波センサの概略断面図であり、（ｂ）はその端部の拡大図である。本発明の第３の実施形態に係る電波検知回路の回路図である。本発明の第３の実施形態に係る電波検知回路の周波数−感度特性のグラフである。本発明を適用した電波センサを備えた遊技機の概略構成図である。近接センサとその近傍に配置される電波センサの概略構成図である。本発明の別の実施形態に係る電波検知回路の回路図である。本発明の別の実施形態に係る電波検知回路の回路図である。本発明の別の実施形態に係る電波検知回路の回路図である。本発明の別の実施形態に係る電波検知回路の回路図である。

符号の説明

１、２、１５、８０、９０、１００、１１０電波検知回路
２０、３０、５７、５８電波センサ
１１、８１、９１、１０１、１１１発振回路
１２、８２、９２、１０２、１１２ＬＣ共振回路
１３、１４アンテナ
１６比較回路
１７出力回路
２１プリント基板
２２コネクタ
２３嵌合穴
２４ケース
２５カバー
５０遊技機
５１遊技盤
５２入賞口
５３近接センサ
５４コントロールユニット
５５制御基板
５６外部接続端子基板
５９警報灯駆動回路
６０警報灯
Ｃ₁〜Ｃ₃ コンデンサ
Ｌ₁、Ｌ₂ コイル
Ｒ₁〜Ｒ₁₀ 抵抗
Ｔr₁〜Ｔr₁₁ トランジスタ
Ｖ₀、Ｖ₁ 定電圧回路
Ｉ₀ 駆動電流回路
ＣＯＭ１コンパレータ

Claims

第１のアンテナと、
第２のアンテナと、
発振回路を有する電波検知回路であって、前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナと接続され、前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナの両方で電波を受信すると前記発振回路の発振条件が満たされることにより発振出力し、かつ、前記第２のアンテナのみで電波を受信すると前記発振条件が満たされず発振出力しない電波検知回路とを有し、
所定の方向から到来する電波に対して、前記第２のアンテナが前記第１のアンテナを遮るように配置されることを特徴とする電波センサ。
前記電波検知回路は、
前記第１のアンテナと接続される第１の端子と、該第１の端子と電位が異なり、かつ、前記第２のアンテナと接続される第２の端子との間に接続される共振回路をさらに有し、
前記発振回路は、
スイッチング端子を備えるスイッチング素子と、前記スイッチング端子、前記共振回路の前記第１の端子と電圧源との間、及び前記共振回路の前記第１の端子とグラウンドとの間の何れかに接続された出力端子とを有する発振部であって、該スイッチング素子がオンとなることにより流れる電流を前記共振回路の前記第１の端子に帰還させる発振部と、
前記共振回路の前記第１の端子と前記スイッチング端子間に接続され、前記第１の端子と前記スイッチング端子間の電位を一定に保つ定電圧回路とを有し、
前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナが電波を受信しない場合、前記発振回路のコンダクタンスは、前記共振回路のコンダクタンスよりも小さいために前記発振条件が満たされず、一方、前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナが電波を受信することにより、前記共振回路を介して前記発振回路の発振部に流れる電流が増加して前記発振回路のコンダクタンスが前記共振回路のコンダクタンスよりも大きくなることで、前記発振条件が満たされる、請求項１に記載の電波センサ。
前記第２のアンテナと接続された前記共振回路の前記第２の端子が接地される、請求項２に記載の電波センサ。
前記第２のアンテナは、前記第１のアンテナと略平行に配置される底面部と、前記底面部の少なくとも一端で結合し、前記底面部と略直交する側壁部とを有し、
前記第１のアンテナは、前記第２のアンテナの側壁部の先端よりも前記第２のアンテナの底面部の近くに配置され、前記所定の方向は、前記底面部または前記側壁部から前記第１のアンテナへ向かう方向である、請求項３に記載の電波センサ。
前記電波検知回路は、前記第２のアンテナの側壁部の先端よりも前記第２のアンテナの底面部の近くに配置される、請求項４に記載の電波センサ。
前記第１のアンテナ、前記第２のアンテナ及び前記電波検知回路の周囲に配置される筐体をさらに有し、該筐体の外壁から前記第２のアンテナまでの沿面距離が、該筐体の外壁から前記第１のアンテナまでの沿面距離よりも短い、請求項３〜５の何れか一項に記載の電波センサ。
前記第１のアンテナは、前記電波検知回路を有する回路基板上に金属箔パターンとして形成され、前記第２のアンテナは、金属板で形成される、請求項１〜６の何れか一項に記載の電波センサ。