JP7261474B2

JP7261474B2 - 電子回路装置の検出装置及び検出方法

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Publication number: JP7261474B2
Application number: JP2019136284A
Authority: JP
Inventors: 淳 ▲配▼島
Original assignee: Universal Entertainment Corp
Current assignee: Universal Entertainment Corp
Priority date: 2019-07-24
Filing date: 2019-07-24
Publication date: 2023-04-20
Anticipated expiration: 2039-07-24
Also published as: JP2021021985A; US20210026032A1

Description

本発明は、共振により得た電力によりデータ通信を行う電子回路装置を検出する検出装置及び検出方法に関する。

従来、ＲＦＩＤ（radio frequency identifier）タグを用いて対象物を検出する場合、検出装置とＲＦＩＤタグとの間で共振状態にし、ＲＦＩＤタグにおいて共振エネルギーを電力に変換して作動させ、ＲＦＩＤタグに記憶されたデータを送受信することによって、ＲＦＩＤタグのデータ内容に基づいて対象物を検出している（特許文献１等）。

国際公開第２０１７／１６８５４２号

しかしながら、上記従来の構成は、ＲＦＩＤタグを作動させる程度の電力を共振エネルギーから得る必要があるため、共振エネルギーを供給する検出装置において大きな電力が必要となる。

そこで、本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、小さな電力で対象物を検出することができる電子回路装置の検出装置及び検出方法を提供することを目的としている。

本発明は、固有の共振周波数を有し、共振により得た電力によりデータ通信を行う電子回路装置を検出する検出装置であって、
前記電子回路装置へ前記共振周波数の電波を照射するためのアンテナと、
前記アンテナに前記共振周波数の発振信号を出力する発振部と、
前記アンテナと前記電子回路装置との間で生じた共振状態を検出する共振検出部と、
前記共振検出部において検出された前記共振状態に基づいて、前記電子回路装置の有無を判定する判定部と
を有する。

上記の構成によれば、共振に用いる電力をデータ通信可能な程度にまで増大させなくても、電子回路装置とアンテナとが共振状態になった段階で電子回路装置の検出を行うことができる。

本発明における前記発振部は、前記共振周波数を変更する周波数変更部を有する。上記の構成によれば、共振周波数が異なる複数種類の電子回路装置を検出することができる。

本発明における前記周波数変更部は、
互いに異なる前記共振周波数の前記発振信号を出力する複数の単位発振部と、
前記単位発振部と前記アンテナとの接続を切り替える接続切替部と
を有する。

上記の構成によれば、共振周波数の帯域幅を細かく切り分けた発振信号をアンテナに出力することができる。

本発明における前記発振部は、
前記発振信号を出力する発振器と、
前記発振部からの前記発振信号が入力されるベース端子と、前記アンテナに接続されたドレイン端子とを有し、前記ベース端子に入力される前記発振信号のゲート電圧に応じて前記ドレイン端子及びソース端子間における電流を制御することによって、前記アンテナを流れる前記発振信号の電流を制御する電界効果トランジスタと、を有し、
前記共振検出部は、
前記ベース端子に入力される前記発振信号によるゲート電圧を検出するゲート電圧検出部と、
前記ゲート電圧検出部において検出された前記ゲート電圧に基づいて、前記共振状態の有無を判定する共振状態判定部とを有する。

上記の構成によれば、簡単な回路構成で共振状態を検出することができる。

本発明における前記アンテナは、前記電子回路装置を所持した人物が通過可能な開口部を有している。

上記の構成によれば、通路に開口部が位置するようにアンテナを設置することによって、アンテナが人物の歩行等の障害になる事態を回避することができる。

本発明は、固有の共振周波数を有し、共振により得た電力によりデータ通信を行う電子回路装置を検出する検出方法であって、
前記電子回路装置へ電波を照射するためのアンテナに前記共振周波数の発振信号を出力する処理と、
前記アンテナと前記電子回路装置との間で生じた共振状態に基づいて、前記電子回路装置を検出する処理と
を有する。

本発明によれば、小さな電力で電子回路装置を検出することができる。

検出装置による検出過程を示す説明図である。検出装置と電子回路装置との共振状態時における電気回路図である。電子回路装置のブロック図である。共振状態時の電流と周波数との関係を示す説明図である。検出装置の電気ブロック図である。検出装置の説明図である。検出装置の説明図である。検出装置の説明図である。検出装置の説明図である。検出装置の電気ブロック図である。チップ判定テーブルの説明図である。チップ検出処理のフローチャートである。

本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。
（検出装置）
図１に示すように、本実施形態の検出装置１は、固有の共振周波数を有し、共振により得た電力によりデータ通信を行う電子回路装置２を、共振状態の有無に基づいて検出するように構成されている。

具体的には、検出装置１は、電子回路装置２へ共振周波数の電波を照射するためのアンテナ１１と、アンテナ１１に共振周波数の発振信号を出力する発振部１２と、アンテナ１１と電子回路装置２との間で生じた共振状態を検出する共振検出部１３と、共振検出部１３において検出された共振状態に基づいて、電子回路装置２の有無を判定する判定部１４とを有している。

これにより、検出装置１は、共振に用いる電力をデータ通信可能な程度にまで増大させなくても、電子回路装置２とアンテナ１１とが共振状態になった段階で電子回路装置２の検出を行うことができる。この結果、検出装置１を省電力化することが可能になっている。

検出装置１の動作を説明すると、先ず、発振部１２が所定の発振電力で共振周波数の発振信号を生成してアンテナ１１に出力する。アンテナ１１は、発振信号の交流電流が流動することによって、共振周波数の磁界や電磁界である電波を生成する（Ｓ１）。電子回路装置２は、共振周波数の磁界や電磁界が存在すると、共振状態となり（Ｓ２）、電磁誘導による誘導電流を共振により安定して生成する（Ｓ３）。電子回路装置２に誘導電流が流れると、電流路の抵抗成分が電力を損失させる（Ｓ４）。そして、この電力の損失が検出装置１の発振電力を低下させる（Ｓ５）。

これにより、検出装置１は、発振電力の低下量に基づいて共振状態の有無を判定するだけで、電子回路装置２を作動させることなく電子回路装置２の存在を検知することができる（Ｓ６）。換言すると、検出装置１は、誘導電力が電子回路装置２の駆動電力以上になって電子回路装置２がデータ通信を実行可能になる前に、共振状態の有無により電子回路装置２を検知することが可能になっている。

このように、検出装置１は、電子回路装置２へ電波を照射するためのアンテナ１１に共振周波数の発振信号を出力する処理と、アンテナ１１と電子回路装置２との間で生じた共振状態に基づいて電子回路装置２を検出する処理とを有する検出方法を実行することによって、共振による電力をデータ通信可能な程度にまで増大させなくても、電子回路装置２とアンテナ１１とが共振状態になった段階で電子回路装置２の検出を行うことが可能になっている。

検出装置１における検出動作を詳細に説明すると、電子回路装置２は、共振により電力を得る構成であるため、コイルＬと抵抗ＲとコンデンサＣとからなる共振回路を形成するアンテナを有している。尚、電子回路装置２の具体例は、図３を用いて後述する。共振回路は、ｆｃ＝１／（２π√（Lc×Cc））の関係式で表現される共振周波数ｆｃに同調する。従って、電子回路装置２が検出装置１のアンテナ１１に接近した場合を想定すると、相互のアンテナの間に電磁的な誘導が発生して空中線を構成するため、検出装置１の送信側LC回路と電子回路装置２の受信側LC回路とが結合し、図２の等価回路を形成する。これにより、受信側インピーダンスに電流が流れることになる。ここでＭは検出装置１のアンテナ１１と電子回路装置２のアンテナとの相互の磁気回路による結合の係数を表す。

このような等価回路が電磁結合により構成された場合において、検出装置１（送信側）のLsCsにより構成される共振周波数が、電子回路装置２のアンテナLcCcによって構成される共振周波数と等しくなると、送信側から見た回路のQファクターが低下し、損失の増大により電力消費が大きくなる。また、電子回路装置２において、アンテナとして構成されるLcCcによるインピーダンスが無くなり、検出装置１から送信され、電子回路装置２のアンテナにより受信された電波（電磁界）や磁界によって励起された電力により負荷抵抗であるRcに電流が流れることになる。

これにより、検出装置１のアンテナ１１の近くに電子回路装置２が移動し、検出装置１の発振電力の周波数が電子回路装置２のアンテナと同調した場合に、発振回路のQファクターが低下し、発振電力が低下する。従って、発振電力をリアルタイムで測定し、発振電力の低下を検出することによって、検出装置１を検出することができる。尚、発振電力をリアルタイムで測定する具体的な構成については後述する。

発信電力の低下は、検出装置１のアンテナ１１に接近する電子回路装置２のアンテナのみに依存するため、電子回路装置２に内蔵されたＩＣチップ等の処理回路を駆動するほどの電力を必要とせず、電子回路装置２のアンテナの同調周波数のみに依存することになる。

（電子回路装置）
図３に示すように、電子回路装置２は、ＩＣチップ３０１を内蔵している。ＩＣチップ３０１は、固有の識別情報を含む各種の情報を記憶するメモリ３０７と、受信信号の解析や識別情報の送信等の制御動作を実行するＣＰＵ３０６と、識別情報等の送信データを変調すると共に、受信データを復調する変復調回路３０５と、送信データの発信や受信データの受信を行うアンテナ３０３と、駆動電源を供給する電源制御回路３０４とを備えている。アンテナ３０３は、図１のアンテナ１１と結合することによって、図２の等価回路を形成する。

図４に示すように、電子回路装置２の共振周波数は、種類ごとに相違することが好ましい。検出装置１が電子回路装置２を共振状態により検出したときに、共振周波数の違いにより電子回路装置２の種類を判別することが可能になるからである。具体的には、規格（例えば１３．５６ＭＨｚを使用するＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３やＩＳＯ／ＩＥＣ１５６９３、ＩＳＯ／ＩＥＣ１８０００－３など）に沿って製造されたＲＦＩＤタグであっても、材料や設計、製造工程などの違いにより、製品群や製造メーカー毎に共振周波数が若干異なる場合があり、この共振周波数の違いを捉えることで、製品群や製造メーカーなどを特定することも可能である。また、共振周波数の相違巾は、共振周波数をピーク値Ｐ１・Ｐ２とする誘導電流の生成帯域が一部Ｐ３において重複することが好ましい。この場合は、検出装置１による電子回路装置２の識別が可能になると共に、検出装置１に共振周波数の駆動電力を出力可能な駆動出力部を検出装置１が搭載することによって、１台の検出装置１で複数の電子回路装置２を作動させることができる。尚、図４は、２種類の共振周波数（２種類の電子回路装置２）についての周波数と誘導電流との関係を示しているが、これに限定されるものではなく、３種類以上であってもよい。

電子回路装置２は、ゲーム分野においてはゲーム価値情報をメモリ３０７に記憶している。ここで、『ゲーム価値情報』は、コインや紙幣、これらに相当する電子的な有価情報や、有価情報を含まないゲームポイント等の非有価情報である。ゲーム価値を有した電子回路装置２としては、チップやトークン、電子マネーカード、プラークが例示される。ゲーム価値は、通貨に交換可能な兌換ゲーム価値や通貨に交換不能な不換ゲーム価値を含む。

尚、電子回路装置２は、ゲーム分野以外の分野で使用されてもよい。例えば、電子回路装置２は、衣服や食品、工具、検査器、身分証明書、書籍等のアンテナを搭載しない物品にＲＦＩＤタグを設けた構成であってもよい。この場合における電子回路装置２は、物品がアンテナを搭載していなくても、ＲＦＩＤタグのアンテナに対応した共振周波数に基づいて検出可能になる。また、電子回路装置２は、スマートフォンや携帯電話等のアンテナを搭載した携帯機器であってもよい。この場合における電子回路装置２は、携帯機器に搭載されたアンテナに対応した共振周波数に基づいて検出可能になる。尚、携帯機器にＲＦＩＤタグが設けられ、このＲＦＩＤタグに対応した共振周波数に基づいて検出されるようになっていてもよい。

（検出装置の具体例１）
図５は、検出装置１の具体例１を示すブロック図である。検出装置１のアンテナ１１は、各種のサイズ及び形状を採用することができる。尚、検出装置１は、電子回路装置２のＩＣチップ等の処理回路を駆動するほどの電流を発生させる必要がない。従って、アンテナ１１は、電子回路装置２との結合の係数Ｍが非常に小さなものにされている。また、検出した電子回路装置２におけるアンテナの弁別性を高めるために、検出装置１が電子回路装置２を検出可能な限り結合係数Ｍは小さい方が望ましい。

例えば図６に示すように、アンテナ１１は、電子回路装置２を所持した人物が通過可能なサイズ及び形状の開口部１１ａを有してもよい。この場合は、開口部１１ａ内に通路が位置するようにアンテナ１１を設置することによって、アンテナ１１が人物の歩行等の障害になる事態を回避することができる。

また、図７に示すように、アンテナ１１は、一対のアンテナ部１１１・１１２を有した構成にされていてもよい。この場合は、通路を挟んでアンテナ部１１１・１１２を左右に配置することができるため、検出対象となる電子回路装置２のサイズや、電子回路装置２を所持する人物のサイズに応じてアンテナ部１１１・１１２間の距離を調整することができる。また、この場合は、アンテナ部１１１・１１２を床面上に配置することで設置作業を完了することができるため、設置作業が容易になる。

また、図８に示すように、アンテナ１１は、カーペットや絨毯の形態に形成されていてもよい。この場合は、通路や床面にアンテナ１１を敷くだけで設置作業を完了することができる。さらに、図９に示すように、アンテナ１１が携帯可能にされていてもよい。この場合は、アンテナ１１を人物に対して自由に移動させることができるため、取り扱い性が向上する。

図５に示すように、アンテナ１１は、発振部１２に接続されている。発振部１２は、共振周波数の交流電流からなる発振信号を出力する発振器１２２と、発振信号を増幅する増幅器１２５とを有している。発振器１２２は、コイル１２２１とコンデンサ１２２２と抵抗とで構成された共振回路を有している。尚、発振器１２２の共振回路は、直列共振及び並列共振の何れの共振方式が採用されていてもよい。また、発振器１２２のコンデンサ１２２２は、静電容量を変更可能にされていることが好ましい。この場合は、コンデンサ１２２２の静電容量を変更することによって、複数の共振周波数の発振信号を形成することが可能になると共に、検出対象の電子回路装置２に対応させて共振周波数を微調整することが可能になる。

発振器１２２の一方の出力端１２２ａは、コンデンサ１２１を介してアンテナ１１に接続されている。発振器１２２の他方の出力端１２２ｂは、コンデンサ１２３を介して増幅器１２５に接続されている。増幅器１２５は、発振信号を増幅する電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）により構成されている。電界効果トランジスタは、発振器１２２からの発振信号が入力されるベース端子１２５ａと、アンテナ１１に接続されたドレイン端子１２５ｂとを有し、ベース端子１２５ａに入力される発振信号のゲート電圧に応じてドレイン端子１２５ｂ及びソース端子１２５ｃ間における電流を制御することによって、アンテナ１１を流れる発振信号の電流を制御するようになっている。ソース端子１２５ｃは、コンデンサ１２４を介してグランドに接続されている。

コンデンサ１２３及び増幅器１２５の間には、共振検出部１３が接続されている。共振検出部１３は、電界効果トランジスタ１２５のベース端子１２５ａに入力される発振信号によるゲート電圧を検出するゲート電圧検出部１３１と、ゲート電圧検出部１３１において検出されたゲート電圧に基づいて、共振状態の有無を判定する共振状態判定部１３２とを有している。共振状態判定部１３２は、共振状態に基づいて電子回路装置２の有無を判定する判定部１４の機能も有している。

ゲート電圧検出部１３１は、発振信号の電圧に応じた電流を流す抵抗器１３１１と、電流値を検出する電流検出器１３１２とを有している。電流検出器１３１２は、共振状態判定部１３２にアナログ量の電流値を出力するようになっている。共振状態判定部１３２は、Ａ/Ｄ変換部１３２１、報知部１３２２、記憶部１３２３、演算部１３２４及び通信部１３２５を有した情報処理装置により構成されている。

Ａ/Ｄ変換部１３２１は、共振状態判定部１３２からの電流値をデジタル量に変換する。記憶部１３２３は、各種の処理を演算部１３２４に実行させるプログラムやデータを記憶している。例えば、記憶部１３２３は、電流値に基づいて共振状態の有無を判定する処理や共振状態に基づいて電子回路装置２の有無を判定する処理、電子回路装置２を検出したときに外部装置や表示装置１３２２に検出情報を出力する処理等のプログラムを記憶している。通信部１３２５は、図示しない外部装置に通信可能に接続されている。外部装置としては、音声や光で検出情報を出力するパトランプや拡声器等の報知器や、複数の検出装置１を管理する集中監視装置が例示される。報知部１３２２は、音声や光で検出情報を出力する表示装置やスピーカが例示される。

（検出装置の具体例２）
図１０は、検出装置１の具体例２を示すブロック図である。具体例２の検出装置１は、複数種類の電子回路装置２について、電子回路装置２の検出と同時に種類の判別を自動的に行うように構成されている。尚、以降の説明においては、４種類のチップ形状に形成された電子回路装置２Ａ・２Ｂ・２Ｃ・２Ｄが、異なる共振周波数を有したＩＣチップ３０１Ａ・３０１Ｂ・３０１Ｃ・３０１ＤをＲＦＩＤタグとして備えた場合について説明する。また、具体例１の検出装置１と同一部材は、同一の符号を付記してその説明を省略する。

検出装置１の発振部１２は、共振周波数を変更する周波数変更部３を有している。周波数変更部３は、互いに異なる共振周波数の発振信号を出力する複数の単位発振部３１～３４と、単位発振部３１～３４とアンテナ１１との接続を切り替える接続切替部４１～４４とを有している。これにより、発振部１２は、共振周波数の帯域幅を細かく切り分けた発振信号を形成することが可能になっている。

各単位発振部３１～３４は、電子回路装置２Ａ～２Ｄの共振周波数に一致した共振周波数で発振するように設定されている。各接続切替部４１～４４は、開状態と閉状態とを切替え可能なスイッチ部を有し、各単位発振部３１～３４にそれぞれ接続されている。また、接続切替部４１～４４は、スイッチ部を開閉動作させるスイッチ制御部を有している。スイッチ制御部は、共振状態判定部１３２のインターフェース部１３２６に接続されており、インターフェース部１３２６からの開閉信号によりスイッチ部を開閉動作させるようになっている。尚、接続切替部４１～４４は、複数の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を備えた１チップＩＣであってもよい。

共振状態判定部１３２は、図１１のチップ判定テーブルと、図１２のチップ検出処理ルーチンの検出装置制御プログラムとを記憶部１３２３に記憶している。チップ判定テーブルは、電子回路装置２がチップ形状に形成されたチップの種類Ｍ０～Ｍ３と、各電子回路装置２に内蔵されたＲＦＩＤタグＴ０～Ｔ３と、接続切替部４１～４４に対応付けられたスイッチ番号ＳＷ０～ＳＷ３とを有している。例えば、スイッチ番号ＳＷ０に対応する接続切替部４１を閉状態にし、他の接続切替部４２・４３・４４を開状態にした場合において、共振状態が検出された場合は、スイッチ番号ＳＷ０に対応付けられたＲＦＩＤタグＴ０との共振であると判定され、このＲＦＩＤタグＴ０を備えたチップの種類がＭ０であると判定可能にされている。

図１２のチップ検出処理ルーチンに基づいて具体的に説明すると、先ず、チップ判定テーブルを参照してスイッチ番号ＳＷ０～ＳＷ３を取得し（Ｔ１）、スイッチ番号ＳＷ０～ＳＷ３に対応したスイッチ（接続切替部４１～４４）を接続状態に切替え、その他のスイッチを非接続状態（開放状態）に切替える（Ｔ２）。これにより、例えば、スイッチ番号ＳＷ１が選択された場合は、単位発振部３２に対応した共振周波数の発振が開始され、増幅器１２５のベース端子１２５ａに発進電圧が印加されることによって、増幅器１２５により増幅された発信信号がアンテナ１１に出力されることになる。そして、アンテナ１１から共振周波数の電波が送信されることになる。

次に、共振検出部１３において、ベース端子１２５ａに印加される発振信号の電流値が検出され、発信信号の出力量（発振エネルギー）として検出される（Ｔ３）。そして、出力量に基づいて共振の有無が判定される（Ｔ４）。共振状態である場合は（Ｔ５：ＮＯ）、選択されたスイッチ番号ＳＷ０～ＳＷ３に対応したチップの種類Ｍ０～Ｍ３が特定され（Ｔ６）、音声や光を用いた報知処理が実行される（Ｔ７）。この後、次のスイッチ番号ＳＷ０～ＳＷ３が取得される（Ｔ８）。例えば、チップ判定テーブルの配置順に選択され、前回の検査でスイッチ番号ＳＷ１が選択されていた場合は、スイッチ番号ＳＷ２が選択される。次のスイッチ番号ＳＷ０～ＳＷ３が取得されると、図示しない停止ボタンの操作や終了信号の受信等により終了されない限り（Ｔ９：ＮＯ）、Ｔ２から実行され、次のスイッチ番号ＳＷ０～ＳＷ３に対応した共振周波数の電波が送信され、電子回路装置２Ａ～２Ｄとの共振状態の検出処理が行われる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、各手段等の具体的構成は、適宜設計変更可能である。また、本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施形態に記載されたものに限定されるものではない。

１検出装置
１１アンテナ
１２発振部
１３共振検出部
１４判定部
２電子回路装置
３周波数変更部

Claims

固有の共振周波数を有し、共振により得た電力によりデータ通信を行う電子回路装置を検出する検出装置であって、
前記電子回路装置へ前記共振周波数の電波を照射するためのアンテナと、
前記アンテナに前記共振周波数の発振信号を出力する発振部と、
前記アンテナと前記電子回路装置との間で生じた共振状態を検出する共振検出部と、
前記共振検出部において検出された前記共振状態に基づいて、前記電子回路装置の有無を判定する判定部と
を有し、
前記発振部は、
前記発振信号を出力する発振器と、
前記発振器からの前記発振信号が入力されるベース端子と、前記アンテナに接続されたドレイン端子とを有し、前記ベース端子に入力される前記発振信号のゲート電圧に応じて前記ドレイン端子及びソース端子間における電流を制御することによって、前記アンテナを流れる前記発振信号の電流を制御する電界効果トランジスタと、を有し、
前記共振検出部は、
前記ベース端子に入力される前記発振信号によるゲート電圧を検出するゲート電圧検出部と、
前記ゲート電圧検出部において検出された前記ゲート電圧に基づいて、前記共振状態の有無を判定する共振状態判定部と
を有することを特徴とする電子回路装置の検出装置。
前記発振部は、前記共振周波数を変更する周波数変更部を有することを特徴とする請求項１に記載の電子回路装置の検出装置。
前記周波数変更部は、
互いに異なる前記共振周波数の前記発振信号を出力する複数の単位発振部と、
前記単位発振部と前記アンテナとの接続を切り替える接続切替部と
を有することを特徴とする請求項２に記載の電子回路装置の検出装置。
前記アンテナは、前記電子回路装置を所持した人物が通過可能な開口部を有していることを特徴とする請求項１に記載の電子回路装置の検出装置。
固有の共振周波数を有し、共振により得た電力によりデータ通信を行う電子回路装置を検出する検出方法であって、
前記電子回路装置へ電波を照射するためのアンテナに前記共振周波数の発振信号を発振器から出力する処理を実行するステップと、
前記発振器からの前記発振信号が入力されるベース端子と、前記アンテナに接続されたドレイン端子と、を有した電界効果トランジスタにおいて、前記ベース端子に入力される前記発振信号のゲート電圧に応じて前記ドレイン端子及びソース端子間における電流を制御することによって、前記アンテナを流れる前記発振信号の電流を制御する処理を実行するステップと、
前記ベース端子に入力される前記発振信号による前記ゲート電圧を検出する処理を実行するステップと、
検出された前記ゲート電圧に基づいて、前記アンテナと前記電子回路装置との間で生じた共振状態の有無を判定し、前記電子回路装置の有無を判定する処理を実行するステップと
を有することを特徴とする電子回路装置の検出方法。