WO2022113553A1 - センサタグ、及び状態検出システム - Google Patents

Abstract

電磁波読み取り式の状態検出システムに適用されるセンサタグであって、基材（１１）と、基材（１１）上に形成され、外部から照射される特定周波数の電磁波と共振して、電磁波を反射又は吸収する共振器（１３Ｑ）と、共振器（１３Ｑ）と接して配設され、周囲雰囲気中の特定の物理的変化に応じて物性変化する材料で構成されており、自身の物性変化により、共振器（１３Ｑ）の電磁波反射特性を変化させる変換部（１４）と、を備える。

Description

センサタグ、及び状態検出システム

　本開示は、センサタグ、及び状態検出システムに関する。

　近年、センシングニーズは多様化し、種々の用途で状態検出が求められている。かような状態検出に対し、半導体センサが上市されているが、ＩｏＴセンサとして活用するにはバッテリ確保、耐久性、サイズ（大きさ）に課題を有し、広く活用されるに至っていない。

　かかる課題に対し、バッテリやＩＣチップを含まず、印刷でも作製可能な電磁波読取式のセンサタグを用いた状態検出システムが提案されている。

　この種の状態検出システムは、一般に、共振器を有し、検出対象と同一空間内に載置されたセンサタグと、電磁波を送受信するリーダーと、によって構成される。そして、この種の状態検出システムでは、リーダーにて、センサタグに対して電磁波を送信した際の当該センサタグからの反射波を受信することによって、当該センサタグの電磁波反射特性の変化を取得し、これにより、当該センサタグの状態変化（即ち、検出対象の状態変化）を検出する手法が用いられる。

　例えば、特許文献１には、おむつや尿吸着パットにＬＣ共振タグを装着して、おむつや尿吸着パットが排出物を吸収することによるＬＣ共振タグの共振周波数の変化から物体の状態変化（汚れ）を検出する状態検出システムが開示されている。特許文献１では、定期的に、ＬＣ共振タグの共振周波数を特定することによって、ＬＣ共振タグの共振周波数の変化を捉え、これにより、物体の状態変化（汚れ）を検出する手法を採用している（ピークピック法とも称される）。

特開２００１－１３４７２６号公報

　ところで、この種の状態検出システムを実用化するにあたって、センサタグの示すシグナル（ここでは、電磁波反射特性）から検出対象の状態を推定した際のその正確度の確保が喫緊の課題である。

　特に、近年、この種の状態検出システムを物品の機能や品質の状態検出に利用することも検討されており、かかる用途においては、種々の物理的変化が絡み合って物品の状態変化が誘起することもあって、従来技術に係る状態検出システムでは、正確度を確保することがより一層困難となっている。例えば、特許文献１の従来技術では、ＬＣ共振タグの共振器の共振周波数の変化を引き起こす要因は、尿吸着パットの水分含有量の変化のみであり、且つ、当該共振周波数の変化から、尿吸着パットの水分含有量を線形的に捉えられるという前提を有している。そのため、特許文献１の従来技術は、物品の品質状態の検出の用途のように、周囲雰囲気の温度や湿度等、種々の物理的変化が絡み合って状態変化が誘起する検出対象には使用することができない。

　又、正確な状態検出のためには、ノイズ要因の除去は、不可欠であり、共振器のみで構成された特許文献１の従来技術のＬＣ共振タグは、その点でも改善の余地がある。

　本開示は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、電磁波読取式の状態検出システムに適用され、より正確な状態検出を可能とするセンサタグ、及び状態検出システムを提供することを目的とする。

　前述した課題を解決する主たる本開示は、
　電磁波読み取り式の状態検出システムに適用されるセンサタグであって、
　基材と、
　前記基材上に形成され、外部から照射される特定周波数の電磁波と共振して、前記電磁波を反射又は吸収する共振器と、
　前記共振器と接して配設され、周囲雰囲気中の特定の物理的変化に応じて物性変化する材料で構成されており、自身の物性変化により、前記共振器の電磁波反射特性を変化させる変換部と、
　を備えるセンサタグである。

　又、他の局面では、
　前記センサタグと、
　前記センサタグに対して、電磁波を照射して、前記センサタグの反射波スペクトル情報を取得するリーダーと、
　前記センサタグの前記反射波スペクトル情報に基づいて、検出対象の状態を推定する解析装置と、
　を備える状態検出システムである。

　本開示に係るセンサタグによれば、より正確な状態検出が可能となる。

状態検出システムの構成の一例を示す図 センサの構成の一例を示す図（斜視図） センサの構成の一例を示す図（平面図） センサの構成の一例を示す図（側面断面図） センサの反射波スペクトルの一例を示す図 状態検出システムにて、状態検出を行うメカニズムを説明する図 周囲環境の変化に応じた共振器の電磁波反射特性の変化の一例を示す図 周囲環境の変化に応じた共振器の電磁波反射特性の変化の一例を示す図 変換部の詳細構成及び機能について、説明する図 変換部の詳細構成及び機能について、説明する図 変形例１に係るセンサの構成を示す図（平面図） 変形例１に係るセンサの構成を示す図（側面断面図） 変形例２に係るセンサの構成を示す図（平面図） 変形例２に係るセンサの構成を示す図（側面断面図） 本願発明に係るセンサの反射波スペクトルの温度変化時の挙動を示す図（左図） 本願発明に係るセンサの反射波スペクトルの湿度変化時の挙動を示す図（左図） 検証実験の評価対象のセンサの構造、及び、評価対象のセンサの評価結果を示す図 検証実験で、学習モデルに対して機械学習を施した際の教師データの作成条件を示す図 検証実験で、機械学習を施した学習モデルを用いて、状態検出システムの性能評価を行った際のテストデータの作成条件を示す図

　以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施形態について詳細に説明する。尚、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

［状態検出システムの基本構成］
　まず、図１～図２を参照して、一実施形態に係る状態検出システムの基本構成について説明する。

　図１は、状態検出システムＵの構成の一例を示す図である。

　状態検出システムＵは、センサタグ（以下、「センサ」と略称する）１、リーダー２、及び、解析装置３を備えている。

　ここで、センサ１は、周囲環境の状態変化に感応する状態で配された共振器１３Ｑを有し、外部（ここでは、リーダー２）から照射された電磁波に対する反射特性（以下、「センサ１の電磁波反射特性」又は「センサ１の反射波スペクトル」とも称する）の変化として、検出対象の状態変化を検出する。リーダー２は、センサ１に対して電磁波を送信すると共にその反射波を受信して、センサ１の現時点の反射波スペクトルのデータを取得する。解析装置３は、センサ１の現時点の反射波スペクトルのデータ解析を行って、センサ１の検出対象の現時点の状態を推定する。

　尚、本実施形態では、状態検出システムＵが、物品の劣化度合いを検出する用途に適用される態様について説明する。但し、本発明の状態検出システムＵは、センサ１の周囲環境の特定の物理的変化そのものを検出対象としてもよい。

［センサの構成］
　まず、図２Ａ～図６Ｂを参照して、センサ１の構成の一例について説明する。本実施形態に係るセンサ１は、例えば、物品の劣化度合いを検出するべく、当該物品と同一空間内に配設されている。そして、センサ１は、物品が存在する空間内の状態変化（例えば、温度や湿度）を検出し、かかる状態変化に係る情報を反射波スペクトルの変化として、リーダー２及び解析装置３に対して受け渡す。

　図２Ａ～図２Ｃは、センサ１の構成の一例を示す図である。図２Ａは、センサ１の斜視図を示し、図２Ｂは、センサ１の平面図を示し、図２Ｃは、センサ１の図２ＢのＴ１－Ｔ１’の位置における側面断面図を示す。

　図３は、図２Ａ～図２Ｃに示すセンサ１の反射波スペクトル（反射波の周波数スペクトル）の一例を示す図である。尚、図３のプロットは、リーダー２に取得された各送信周波数における反射波強度のデータである。

　図４は、状態検出システムＵにて、状態検出を行うメカニズムの一例を説明する図である。

　図５Ａ、図５Ｂは、周囲環境の変化に応じた共振器１３Ｑの電磁波反射特性の変化の一例を示す図である。

　センサ１は、例えば、基材１１と、当該基材１１上に配設された共振器１３Ｑを構成する導体パターン層１２と、共振器１３Ｑに接して配設された変換部１４と、を備えている。

　基材１１は、例えば、紙材又は樹脂材等の誘電体材料である。基材１１の形態は、板状のものに限らず、湾曲状又は筒状等のものであってよい。換言すると、共振器１３Ｑは、包装材又は容器等の物品上に直接形成されてもよい。又、基材１１は、センサ１にて検出される対象そのものであってもよい。

　導体パターン層１２は、アルミ材や銅材等の導電材料で形成されている。導体パターン層１２は、例えば、印刷法で形成された塗布層、又は箔転写法で形成された金属箔層である。

　導体パターン層１２は、少なくとも一つの共振器１３Ｑを有する。共振器１３Ｑは、外部から所定の周波数の電磁波が照射された際に共振し、当該電磁波を吸収又は反射（本実施形態では、吸収）する。そして、センサ１は、共振器１３Ｑの共振周波数に合致する周波数の電磁波を吸収し、それ以外の周波数の電磁波が照射された場合には反射する反射スペクトルを有する（図３を参照）。

　共振器１３Ｑの共振周波数は、共振器１３Ｑの形状で定まる。本実施形態に係る共振器１３Ｑは、導体パターン層１２に形成された長方形状のスロット１３ａ～１３ｂにより構成されている（スロットアンテナとも称される）。本実施形態に係るセンサ１は、互いに異なる共振周波数を有する２つの共振器１３Ｑａ～１３Ｑｂ（以下、「第１共振器１３Ｑａ、及び、第２共振器１３Ｑｂ」とも称する）を有している。具体的には、第１共振器１３Ｑａは、第１周波数ｆａに対応する波長の略λ／２程度の長さの長方形状のスロット１３ａにより構成され、第２共振器１３Ｑｂは、第２周波数ｆｂに対応する波長の略λ／２程度の長さの長方形状のスロット１３ｂにより構成されている。

　図３の反射波スペクトル中の周波数ｆａにおける共振ピークは、第１共振器１３Ｑａの共振による電力損失（吸収）を表し、周波数ｆｂにおける共振ピークは、第２共振器１３Ｑｂの共振による電力損失（吸収）を表している。又、反射波スペクトル中のベースバンド領域は、第１共振器１３Ｑａ及び第２共振器１３Ｑｂがいずれも共振していないときの導体パターン層１２からの電磁波の反射を表している。

　但し、共振器１３Ｑの形態は、図２Ａ～図２Ｃの態様に限定されない。共振器１３Ｑは、例えば、リング状に形成されてもよいし、Ｕ字状に形成されてもよい。又、共振器１３Ｑは、ストリップ導体により形成されてもよい。

　本実施形態においては、センサ１が示す検出対象の状態情報は、センサ１の反射波スペクトルのパターンにより表現され、例えば反射波スペクトル中に表れる共振ピークの表出態様（共振ピークの位置、共振ピークの数、又は、複数の共振ピークのピーク間の間隔等）により、表現される。

　変換部１４は、周囲環境の特定の物理的変化に応じて物性変化する材料で形成されている。変換部１４は、共振器１３Ｑと接して配設され、自身の物性変化により、共振器１３Ｑの電磁波反射特性を変化させる。即ち、センサ１は、変換部１４の物性変化が、検出対象の状態の変化に連動するように構成される。そして、センサ１は、リーダー２から電磁波を照射された際の反射波スペクトルの変化によって、検出対象の状態の変化を、リーダー２に推定させる。

　変換部１４としては、センサ１の検出対象の状態変化（本実施形態では、物品の劣化度合い）と相関を有する特定の物理的変化に感応する材料が用いられる。センサ１の検出対象の状態が、周囲雰囲気中の湿度と相関を有する場合には、変換部１４としては、例えば、吸湿材が用いられる。又、センサ１の検出対象の状態が、周囲雰囲気中の温度と相関を有する場合には、変換部１４としては、例えば、熱膨張特性を有する材料が用いられる。又、センサ１の検出対象の状態が、周囲雰囲気中のガス濃度と相関を有する場合には、変換部１４としては、例えば、化学物質吸着材を有する材料が用いられる。又、センサ１の検出対象の状態が、周囲雰囲気中の光量と相関を有する場合には、変換部１４としては、例えば、光応答性を有する材料が用いられる。又、センサ１の検出対象の状態が、周囲雰囲気中のｐＨと相関を有する場合には、変換部１４としては、例えば、化学物質吸着材が用いられる。又、センサ１の検出対象の状態が、周囲雰囲気中の磁気強度と相関を有する場合には、変換部１４としては、例えば、磁性流体が用いられる。

　尚、本実施形態に係るセンサ１では、物品の劣化度合いを検出するべく、変換部１４ａとしては、周囲雰囲気中の湿度変化に起因して物性変化する材料が用いられ、変換部１４ｂとしては、周囲雰囲気中の温度変化に起因して物性変化する材料が用いられている（後述）。但し、センサ１の検出対象が、特定の物理的変化そのものである場合には、変換部１４としては、当該物理的変化そのものによって自身が物性変化する材料が用いられればよい。

　ここで、変換部１４の材料は、自身が感応する特定の物理的変化に応じて、誘電率、誘電正接（tanδ）、又は導電率の少なくとも一つが変化する材料で構成される。そして、変換部１４は、当該物理的変化が生じた際に、自身の誘電率、誘電正接、又は導電率の変化を通じて、共振器１３Ｑの近接領域の誘電率、誘電正接、又は、導電率を変化させ、共振器１３Ｑの電磁波反射特性変化を変化させる。例えば、共振器１３Ｑの近接領域の誘電率及び誘電正接の変化により、共振器１３Ｑの共振周波数の変化が誘起し（図５Ａを参照）、共振器１３Ｑの近接領域の導電率の変化により、共振器１３Ｑが共振した際の共振ピークのピーク強度の変化が誘起する（図５Ｂを参照）。つまり、センサ１の周囲環境の変化は、センサ１の反射波スペクトルにおける、共振ピーク位置（即ち、共振周波数）の変化、又は、共振ピークのピーク強度の変化として、検出されることになる。

　変換部１４の材料としては、例えば、液晶材料（例えば、ネマティック液晶、コレステリック液晶）、相転移材料（例えば、ワックス、マイクロカプセル、フェナントレン）、又は、熱や光に応答して重合、架橋、分解される刺激性不可逆反応性材料等が用いられてもよい。これらの材料は、周囲環境の状態変化から、変換部１４の誘電率変化を効果的に引き起こすことが可能である。

　又、変換部１４の材料としては、例えば、活性点（ガス分子を吸着する銅錯体のように、外部環境の変化を受けて半導体を導体に変換する物質）がドープされた半導体、異方導電体、又は、共振部を形成する導体に対しイオン化傾向の異なる金属がドープされた導電体等が用いられてもよい。これらの材料は、周囲環境の状態変化から、変換部１４の導電率変化を効果的に引き起こすことが可能である。

　又、センサ１の検出対象が、物品の性能劣化の度合い等の場合には、変換部１４の材料としては、自身が感応する物理的変化に応じて、不可逆的に物性変化する材料が用いられるのが好ましい。これは、物品の性能劣化は、一時的な大きな環境変化に起因する場合が多いためである。又、このような履歴記録の機能は、パッケージ内の物品などが品質変化していないかを未開封のまま検出できるスマートパッケージとして利用することができる。尚、不可逆的な化学変化を引き起こす種々の材料が、かかる性能を有し得るため、ここでの材料列挙は省略する。

　変換部１４の配設位置は、変換部１４の少なくとも一部が共振器１３Ｑと接し、共振器１３Ｑの電磁波反射特性の変化を誘起し得る位置であればよい。変換部１４は、例えば、共振器１３Ｑを構成するスロット１３の内部に配設されてもよいし、スロット１３全体を覆うように配設されてもよい。尚、本実施形態に係るセンサ１では、変換部１４は、スロット１３の内部及び縁領域に配設されている。変換部１４を、スロット１３を覆うように設ける場合、変換部１４の材料としては、外部からの電磁波が、スロット１３に到達するように電磁波透過特性を有する材料が用いられるのが好ましい。

　但し、変換部１４の配設位置としては、変換部１４の少なくとも一部が、共振器１３Ｑが共振した際に共振電流が通流する領域となるのが好ましい。共振器１３Ｑが共振した際に共振電流が通流する領域は、変換部１４の誘電率、誘電正接、又は導電率の変化が生じた際に、共振器１３Ｑの電磁波反射特性の変化を効果的に誘起することができるためである。尚、本実施形態のように、スロット型の共振器１３Ｑであれば、共振器１３Ｑの共振電流は、スロット１３の縁部を周方向に沿って通流するため、変換部１４は、スロット１３の縁領域に形成されるのが好ましい。又、ストリップ型の共振器１３Ｑであれば、共振器１３Ｑの共振電流は、ストリップ導体内を通流するため、変換部１４は、共振器１３Ｑを形成するストリップ導体上に形成されるのが好ましい。

　このように、変換部１４は、共振器１３Ｑの電磁波反射特性の変化（即ち、反射波スペクトルの変化）から、センサ１の周囲環境の特定の物理的変化（例えば、温度又は湿度）を、選択的に捉えることを可能とする。これにより、センサ１の周囲環境の種々の物理的変化（例えば、温度、湿度、光刺激、及びガス濃度等）のすべてに影響を受けて、共振器１３Ｑの電磁波反射特性の変化の要因を捉えられなくなる事態を抑制する。

　図６Ａ、図６Ｂは、本実施形態に係る変換部１４の詳細構成及び機能について、説明する図である。

　変換部１４は、上記したように、センサ１の周囲環境の特定の物理的変化（例えば、温度又は湿度）を、選択的に捉えることを可能とするべく設けられている。但し、センサ１が一種類の物理的変化（例えば、周囲雰囲気の温度）のみを検出する構成である場合、物品の性能劣化等の状態を正確に捉えられないおそれがある。物品の性能劣化は、一般に、周辺環境のいくつかの物理的変化が複合的に絡み合って、その劣化速度が変化するためである。例えば、検出対象の状態が印刷機に使用されるインクトナーの凝集状態である場合、インクトナーの凝集が引き起こる速度は、周囲雰囲気の温度と周囲雰囲気の湿度の両方に左右される。

　かかる観点から、本実施形態に係るセンサ１では、複数の共振器１３Ｑ（ここでは、第１共振器１３Ｑａ、及び第２共振器１３Ｑｂ）により、種々の周辺環境の物理的変化のうち、検出対象の状態変化に大きな影響を及ぼす２種類以上の物理的変化（例えば、周囲雰囲気の温度及び湿度）を選択して、選択した２種類以上の物理的変化を高精度に捉えることを可能としている。

　より詳細には、本実施形態では、変換部１４は、第１共振器１３Ｑａと接して配設された第１変換部１４ａと、第２共振器１３Ｑｂと接して配設された第２変換部１４ｂとを有する。具体的には、第１変換部１４ａは、第１共振器１３Ｑａが共振した際に共振電流が通流する位置（ここでは、導体パターン層１２内のスリット１３ａの縁領域）に配設され、第２変換部１４ｂは、第２共振器１３Ｑｂが共振した際に共振電流が通流する位置（ここでは、導体パターン層１２内のスリット１３ｂの縁領域）に配設されている。尚、第１変換部１４ａと第２変換部１４ｂとは、相互干渉しないように、互いに分離して配設されている。

　第１変換部１４ａと第２変換部１４ｂとは、互いに異なる種類の物理的変化に感応する材料によって構成されている。本実施形態では、第１変換部１４ａは、周囲雰囲気の温度に感応する材料によって構成され、第２変換部１４ｂは、周囲雰囲気の湿度に感応する材料によって構成されている。つまり、本実施形態に係るセンサ１においては、周囲雰囲気の温度が変化した際には、第１共振器１３Ｑａの電磁波反射特性が変化し（図６Ａを参照）、周囲雰囲気の湿度が変化した際には、第２共振器１３Ｑｂの電磁波反射特性が変化する（図６Ｂを参照）。

　ここで、第１共振器１３Ｑａと第２共振器１３Ｑｂとは、互いに異なる共振周波数を有する共振器であるため、センサ１の反射波スペクトル中には、第１共振器１３Ｑａの電磁波反射特性の状態と、第２共振器１３Ｑｂの電磁波反射特性の状態とが、それぞれ、分離可能に観察されることになる。そして、センサ１は、第１共振器１３Ｑａと第２共振器１３Ｑｂそれぞれの電磁波反射特性を含むセンサ１の反射波スペクトル情報により、１種類の検出対象の状態変化を判定するための情報を構成する。かかる構成によって、センサ１は、センサ１の周囲環境の種々の物理的変化を、観察したい要素ごと（ここでは、温度と湿度）に切り分けて、高分解能で捉えることを可能としている。換言すると、これにより、センサ１は、特定の数種類の物理的変化との相関により、検出対象の状態変化を検出することを可能とする。

［センサの変形例］
　図７Ａ、図７Ｂは、変形例１に係るセンサ１の構成を示す図である。

　図７Ａは、変形例１に係るセンサ１の平面図を示し、図７Ｂは、変形例１に係るセンサ１の図７ＡのＴ２－Ｔ２’の位置における側面断面図を示す。

　変形例１に係るセンサ１は、導体パターン層１２内に、互いに共振周波数が異なる４つの共振器１３Ｑａ１、１３Ｑａ２、１３Ｑａ３、１３Ｑｂを有している。又、変形例１に係るセンサ１は、４つの共振器１３Ｑａ１、１３Ｑａ２、１３Ｑａ３、１３Ｑｂそれぞれに接するように、別個の変換部１４ａ１、１４ａ２、１４ａ３、１４ｂが配設されている。

　ここで、共振器１３Ｑｂは、周囲雰囲気の湿度を検出するために設けられており、共振器１３Ｑｂに接して設けられる変換部１４ｂは、周囲雰囲気の湿度に感応する材料によって構成されている。

　又、共振器１３Ｑａ１、１３Ｑａ２、１３Ｑａ３は、周囲雰囲気の温度を検出するために設けられており、共振器１３Ｑａ１、１３Ｑａ２、１３Ｑａ３それぞれに接して設けられる変換部１４ａ１、１４ａ２、１４ａ３は、周囲雰囲気の湿度に感応する材料によって構成されている。

　但し、変換部１４ａ１、１４ａ２、１４ａ３は、それぞれ、周囲雰囲気の温度変化に応じて、物性変化（例えば、誘電率変化）が生ずる閾値が異なる材料によって構成されている。例えば、変換部１４ａ１、１４ａ２、１４ａ３は、それぞれ、周囲雰囲気が閾値温度以上となったときに、溶融して、誘電率が変化する材料（例えば、パラフィンワックス）によって構成されている。そして、変換部１４ａ１、１４ａ２、１４ａ３それぞれの含有物の配合の調整等によって、変換部１４ａ１の融点温度と、変換部１４ａ２の融点温度と、変換部１４ａ３の融点温度とが、それぞれ、異なる温度となっている。例えば、変換部１４ａ１の融点温度は、４０℃に設定され、変換部１４ａ２の融点温度は、５０℃に設定され、変換部１４ａ３の融点温度は、６０℃に設定される。

　つまり、変形例１に係るセンサ１では、変換部１４ａ１の融点温度（ここでは、４０℃）付近の温度変化を、共振器１３Ｑａ１の電磁波反射特性の変化により捉え、変換部１４ａ２の融点温度（ここでは、５０℃）付近の温度変化を、共振器１３Ｑａ２の電磁波反射特性の変化により捉え、変換部１４ａ３の融点温度（ここでは、６０℃）付近の温度変化を、共振器１３Ｑａ３の電磁波反射特性の変化により捉える。

　このように、変形例１に係るセンサ１によれば、周囲雰囲気の温度変化に対して感応する帯域が互いに異なる変換部１４ａ１、１４ａ２、１４ａ３を有する。これによって、周囲雰囲気の温度変化に対する検出分解能を向上することが可能である。

　図８Ａ、図８Ｂは、変形例２に係るセンサ１の構成を示す図である。

　図８Ａは、変形例２に係るセンサ１の平面図を示し、図８Ｂは変形例２に係るセンサ１の、図８ＡのＴ３－Ｔ３’の位置における側面断面図を示す。

　変形例２に係るセンサ１においては、導体パターン層１２内に、１個の共振器１３Ｑのみが形成され、当該１個の共振器１３Ｑに接するように配設された変換部１４ａＸが配設されている。ここで、仮に、変換部１４Ｘが、一種類の物理的変化（例えば、周囲雰囲気の温度変化）のみに感応する材料で構成されている場合、センサ１は、他の種類の物理的変化を捉えることができないことになるため、複数種類の物理的変化が複合的に絡み合って状態変化が生ずる物品の性能劣化等の状態については、正確に捉えられないおそれがある。

　かかる観点から、変形例２に係るセンサ１においては、変換部１４Ｘを、検出対象の状態変化と相関性が高い材料から選択され、且つ、互いに異なる種類の物理的変化に感応する複数種類の材料の混合材料又は複合材料によって構成する。上記のようなインクトナーの例では、インクトナーは、周囲雰囲気の温度と湿度の２種類の物理的変化が物品の品質劣化と高い相関を有するため、変形例２に係るセンサ１に用いられる変換部１４Ｘとしては、周囲雰囲気の温度に感応する材料と周囲雰囲気の湿度に感応する材料の混合材料又は複合材料が用いられる。これによって、センサ１は、１個の共振器１３Ｑの電磁波反射特性の変化から、周囲雰囲気の温度と湿度の２種類の物理的変化を捉えることが可能となる。

　但し、この場合、１個の共振器１３Ｑの電磁波反射特性の変化が、周囲雰囲気の温度変化に起因するものか、或いは周囲雰囲気の湿度変化に起因するものかを判別することが困難となるおそれがあるため、より好ましくは、図２Ａ～図２Ｃに示したセンサ１、又は図７Ａ～図７Ｂに示したセンサ１のように、観察したい要素ごと（ここでは、温度と湿度）に、共振器及び変換部１４を、別個に設ける構成とする。

［センサの挙動］
　ここで、図９、図１０を参照して、本願発明に係るセンサ１の反射波スペクトルの温度変化時の挙動、及び湿度変化時の挙動の一例を示す。

　図９は、本願発明に係るセンサ１（ここでは、図７Ａ、図７Ｂで説明した変形例１に係るセンサ１）の反射波スペクトルの温度変化時の挙動を示す図（左図）である。図１０は、本願発明に係るセンサ１（ここでは、図７Ａ、図７Ｂで説明した変形例１に係るセンサ１）の反射波スペクトルの湿度変化時の挙動を示す図（左図）である。尚、図９及び図１０の右図には、本願発明に係るセンサ１の反射波スペクトルの挙動と比較するため、変換部１４を有しない従来技術に係るセンサ１（例えば、後述する図１１のタグＮｏ．１の構造を参照）の反射波スペクトルの挙動を示している。

　図９（左図）及び図１０（左図）中において、ｆａ１の位置は、共振器１３Ｑａ１の共振ピーク位置を示し、ｆａ２の位置は、共振器１３Ｑａ２の共振ピーク位置を示し、ｆａ３の位置は、共振器１３Ｑａ３の共振ピーク位置を示し、ｆｂの位置は、共振器１３Ｑｂの共振ピーク位置を示している。又、図９（右図）及び図１０（右図）中において、ｆ０の位置は、変換部１４を有しない従来技術の共振器の共振ピーク位置を示している。

　図９では、上グラフから順に、周囲雰囲気の温度が２５℃、４０℃、５０℃、６０℃と変化した場合の反射波スペクトルの挙動を示している（湿度は３０％で同一条件）。又、図１０では、上グラフから順に、周囲雰囲気の湿度が３０％、５０％、８０％と変化した場合の反射波スペクトルの挙動を示している（温度は２５℃で同一条件）。尚、これらの反射波スペクトルは、電磁界解析シミュレーションによって、算出されたものである。

　図９から分かるように、本願発明に係るセンサ１では、温度上昇と共に、共振器１３Ｑａ１、１３Ｑａ２及び１３Ｑａ３それぞれの共振ピーク位置が、順次、高周波側にシフトしている。これは、変換部１４ａ１、１４ａ２及び１４ａ３それぞれが温度上昇と共に物性変化することにより、共振器１３Ｑａ１、１３Ｑａ２及び１３Ｑａ３それぞれの形成された領域の誘電率を変化させ（ここでは、誘電率を上昇させ）、共振器１３Ｑａ１、１３Ｑａ２及び１３Ｑａ３それぞれの共振現象において、短波長効果が生じているためである。

　より詳細には、まず、４０℃で、共振器１３Ｑａ１の変換部１４ａ１が溶融して変換部１４ａ１の誘電率が変化することにより、共振器１３Ｑａ１の共振ピーク位置が、高周波側にシフトしている。次に、５０℃で、共振器１３Ｑａ２の変換部１４ａ２が溶融して変換部１４ａ２の誘電率が変化することにより、共振器１３Ｑａ２の共振ピーク位置が、高周波側にシフトしている。次に、６０℃で、共振器１３Ｑａ３の変換部１４ａ３が溶融して変換部１４ａ２の誘電率が変化することにより、共振器１３Ｑａ３の共振ピーク位置が、高周波側にシフトしている。

　一方、図１０から分かるように、本願発明に係るセンサ１では、湿度上昇と共に、共振器１３Ｑｂの共振ピーク位置が、順次、低周波側にシフトすると共に、共振器１３Ｑｂの共振ピーク強度が、次第に低下している。これは、変換部１４ｂが湿度上昇と共に物性変化することにより、共振器１３Ｑｂの形成された領域の誘電率を変化させ（ここでは、誘電率を低下させ）、共振器１３Ｑｂの共振現象において、短波長効果（ここでは、長波長側にシフトさせる現象）が生じているためである。又、このとき、同様に、変換部１４ｂが湿度上昇と共に物性変化することにより、共振器１３Ｑｂの形成された領域の導電率を変化させ（ここでは、導電率を低下させ）、共振器１３Ｑｂの共振電流が、次第に制限されることにより、共振ピークのピーク強度が低下している。

　尚、従来技術に係るセンサ１の反射波スペクトル（図９の右図及び図１０の右図）では、変換部１４を有しないため、周囲雰囲気の温度又は湿度が変化しても、反射波スペクトルの変化が見られない。

　このように、本願発明に係るセンサ１では、反射波スペクトルの挙動から、周囲雰囲気の温度変化及び湿度変化を高分解能に検出することが可能であることが分かる。

［リーダーの構成］
　リーダー２は、送信部２１、受信部２２、及び、制御部２３を備えている。尚、リーダー２は、例えば、センサ１の上面と正対するように、センサ１から数ｃｍ～数ｍで離間した位置に、配設される。

　送信部２１は、センサ１に対して所定の周波数の電磁波を送信する。送信部２１は、例えば、送信アンテナ、及び発振器等を含んで構成される。

　送信部２１は、例えば、単一の周波数にピーク強度を有する正弦波状の電磁波を送信する。そして、送信部２１は、送信アンテナから送信させる電磁波の送信周波数を時間的に変化させ、予め設定した所定周波数帯域内の周波数スイープを行う。もしくは、送信部２１は、所定周波数帯において特定の強度プロファイルを有する電磁波を一時的に一括して照射を行ってもよい（即ち、インパルス方式）。

　反射波スペクトルが取得される周波数帯域は、例えば、ＨＦ帯、ＵＨＦ帯、ＵＷＢ周波数帯域（３．１ＧＨｚ～１０．６ＧＨｚ）、２４ＧＨｚ帯、ミリ波帯等である。そして、送信部２１の送信周波数は、当該周波数帯域内で、少なくとも５００ＭＨｚ以下の帯域幅毎、好ましくは１０ＭＨｚの帯域幅毎にステップ状に設定される。尚、送信部２１が送信する電磁波の周波数帯域は、センサ１の共振器１３Ｑの共振周波数が含まれるように設定される。

　受信部２２は、送信部２１が電磁波を送信した際に発生するセンサ１からの反射波を受信する。受信部２２は、例えば、受信アンテナ、及び受信アンテナが取得した反射波の受信信号に基づいて、反射波の強度や位相を検出する受信信号処理回路等を含んで構成される。そして、受信部２２は、例えば、電磁波の各送信周波数において検出される反射波の強度から、センサ１の反射波スペクトル情報（周波数スペクトルデータ）を生成する。尚、受信部２２は、センサ１の反射波スペクトル情報を生成する際、反射波の強度そのものを用いてもよいし、送信波の強度と反射波の強度の強度比を用いてもよい。又、反射波スペクトル情報は、周波数毎の振幅特性の情報に加えて、位相特性の情報を含んでいてもよい。

　尚、送信部２１及び受信部２２の信号処理回路は、ベクトルネットワークアナライザによって、一体的に構成されてもよい。

　制御部２３は、リーダー２を統括制御する。尚、制御部２３は、例えば、検出対象の物体の状態を逐次監視するため、所定の時間間隔で、送信部２１及び受信部２２に上記した処理を実行させる。

　尚、リーダー２は、センサ１に内蔵される感応部料（例えば、変換部１４）の感度を向上させるため、センサ１に対して、検出対象の状態変化とは異質な外部刺激（例えば、光、熱、又は超音波）を与えながら、センサ１の反射波スペクトル情報を採取してもよい。

［解析装置の構成］
　解析装置３は、リーダー２から、センサ１の現時点の反射波スペクトル情報を取得して、センサ１の現時点の反射波スペクトル情報に基づいて、センサ１の検出対象の現時点の状態を推定する。尚、解析装置３は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入力ポート、及び出力ポート等を含んで構成されるコンピュータであり、リーダー２と相互にデータ通信可能に構成されている。

　解析装置３は、教師データを用いて学習モデル３０Ｄに対して学習処理を施す学習部３１と、センサ１の現時点の反射波スペクトルの複数の周波数位置における反射波強度の情報を、学習モデル３０Ｄに適用することでセンサ１の検出対象の現時点の状態を推定する推定部３２と、を備えている。

　センサ１の反射波スペクトルからは、センサ１の共振周波数を正確に特定することが困難な場合も多く、特許文献１の従来技術のようにピークピック法では、検出対象の状態変化を正確に捉えられないおそれがある。そこで、本実施形態に係る解析装置３は、センサ１の反射波スペクトルから共振周波数を特定する処理を行うことなく、センサ１の反射波スペクトルのパターン全体から、センサ１の状態（即ち、検出対象の状態）を特定する。尚、ここで言う「センサ１の反射波スペクトルのパターン全体」とは、センサ１の反射波スペクトル中の複数の周波数位置における反射強度のことを意味する。

　解析装置３は、センサ１の反射波スペクトルのパターンからセンサ１の状態検出を行うべく、学習モデル３０Ｄを用いる。ここで、解析装置３が用いる学習モデル３０Ｄとしては、典型的には、機械学習により最適化されるモデルが用いられる。かかる学習モデル３０Ｄとしては、例えば、ＳＶＭ（Support Vector Machine）、ｋ近傍法、ロジスティック回帰、ラッソ回帰、リッジ回帰、エラスティックネット回帰、サポートベクター回帰、又は、決定木等が用いられる。尚、学習モデル３０Ｄの構成は、公知のものと同様であるため、ここでの説明は省略する。

　この種の学習モデル３０Ｄは、学習処理が施されることによって、識別対象のパターンの特徴を抽出し、ノイズ等が重畳するデータからも識別対象のパターンを正確に識別し得るように自律的に最適化される。この点、センサ１の反射波スペクトルは、検出対象の状態毎に、共振器１３Ｑの共振ピーク位置を中心とした独特のパターンを描く。つまり、この種の学習モデル３０Ｄは、検出対象の状態をラベルとする反射波スペクトル情報を教師データとして学習処理が施されることで、ある反射波スペクトル情報が入力された際に、教師データとして用いられた状態毎の反射波スペクトル情報のうち、最も類似する反射波スペクトル情報の状態を特定し得るようになる。特に、この際、リーダー２との位置関係等が異なる種々の状況変化を想定した種々の反射波スペクトル情報についても教師データを準備し、これらの種々の反射波スペクトル情報を用いて学習処理を施すことで、学習モデル３０Ｄは、高い汎化能力を得ることになる。

　学習モデル３０Ｄのハイパーパラメータは、公知の学習アルゴリズムにより、最適化されており、当該最適化の手法としては、例えば、グリッドサーチが用いられてもよい。又、学習モデル３０Ｄの学習アルゴリズムには、例えば、ＳＶＭ、ｋ近傍法、ロジスティック回帰、ラッソ回帰、リッジ回帰、エラスティックネット回帰、サポートベクター回帰、又は、決定木のうちの少なくともいずれか一つを用いたアンサンブル学習が適用されてもよい。

　学習モデル３０Ｄは、例えば、反射波スペクトルの複数の周波数位置における反射波強度（例えば、図３の各プロット）を入力とし、検出対象の状態を出力とする構成を有する。

　ここで、学習モデル３０Ｄへの入力対象となる反射波強度の周波数位置としては、反射波スペクトル情報が取得される周波数帯域内における、少なくとも５００ＭＨｚの帯域幅毎、好ましくは１０ＭＨｚの帯域幅毎の周波数位置が設定される。当該周波数位置は、センサ１の共振器１３Ｑの標準状態における共振周波数又はその近傍の周波数を含むのが好ましい。尚、学習モデル３０Ｄに入力される反射波スペクトル情報は、周波数毎の振幅特性の情報に加えて、位相特性の情報を含んでいてもよい。

　本実施形態では、学習モデル３０Ｄは、分類学習モデルで構成され、センサ１の反射波スペクトル情報から、物品の品質が「品質劣化なし」又は「品質劣化発生」の２分類のいずれの状態に該当するかを推定する。

　但し、学習モデル３０Ｄは、分類学習モデルに代えて、検出対象の状態（例えば、水分含有量の値、又はガス濃度の値等）を定量的に数値で表す回帰学習モデルで構成されてもよい。又、学習モデル３０Ｄとしては、機械学習により最適化されるモデルに代えて、重回帰分析により最適化されるモデルが用いられてもよい。

　学習部３１は、例えば、実測又はシミュレーションにより得られたセンサ１の状態毎（即ち、検出対象の状態毎）の反射波スペクトル情報を教師データとして、学習モデル３０Ｄに対して学習処理を施す。つまり、学習部３１は、検出対象の状態に係るラベルが正解データとして付与された種々の状態におけるセンサ１の反射波スペクトル情報を教師データとして、学習モデル３０Ｄに対して学習処理を施す。これにより、学習モデル３０Ｄは、入力された反射波スペクトルに適合するパターンの反射波スペクトルが発生するときの検出対象の状態を、出力し得るように最適化される。

　尚、教師データとして用いるセンサ１の反射波スペクトル情報としては、例えば、学習モデル３０Ｄが分類学習モデルであれば、分類候補の状態毎の反射波スペクトル情報が用いられる。一方、学習モデル３０Ｄが回帰学習モデルであれば、任意の状態変化量のときの反射波スペクトル情報であってよい。

　推定部３２は、学習部３１により学習処理が施された学習モデル３０Ｄに対して、センサ１の現時点の反射波スペクトル情報の複数の周波数位置における反射波強度の情報を入力し（図３のプロットを参照）、学習モデル３０Ｄの出力結果から、センサ１の検出対象の現時点の状態を推定する。尚、推定部３２が学習モデル３０Ｄに対して入力するセンサ１の現時点の反射波スペクトルの複数の周波数位置における反射波強度は、典型的には、学習モデル３０Ｄに学習処理を施す際に参照された周波数位置と同一の周波数位置における反射波強度である。

［検証実験］
　次に、本願発明に係る状態検出システムＵ（センサ１）の性能評価のために行った検証実験の結果を示す。

　本検証実験では、印刷機に使用されるトナーの凝集の有無を、状態検出の対象とした。トナーは、一般に、時間経過と共に凝集し、その凝集の程度は、周囲雰囲気が高温で且つ高湿度であるほど早く進行することが知られている。かかる観点から、本検証実験では、センサ１をトナーが載置された雰囲気と同じ雰囲気下に載置し、その際に状態検出システムＵが示すトナーの凝集の有無の判別結果と、実際のトナーの凝集の有無と、を比較し、その正答率を、センサ１の性能評価の評価結果として算出した。

　図１１は、本検証実験の評価対象のセンサ１の構造、及び、評価対象のセンサ１の評価結果を示す図である。

　図１１に示すＩＤ１～ＩＤ８のセンサ１が、それぞれ、評価対象のセンサ１である。評価対象のセンサ１のうち、ＩＤ１のセンサ１を除く、ＩＤ２～ＩＤ８のセンサ１には、周囲雰囲気の温度又は湿度の少なくともいずれか一方に対して感応する変換部１４が設けられている。

　ＩＤ１のセンサ１は、従来技術に係るセンサに相当する。ＩＤ１のセンサ１は、変換部１４を有しておらず、導体パターン層１２（共振器１３Ｑ）が外部に露出した構造となっている。尚、ＩＤ１のセンサ１の導体パターン層１２は、厚み10μｍのアルミ箔で形成され、共振器１３Ｑは、当該導体パターン層１２内に、共振器長が１３ｍｍ、共振器幅が１ｍｍのスロット型の共振器として形成されている。

　ＩＤ２～ＩＤ８のセンサ１は、それぞれ、ＩＤ１のセンサ１と同様の導体パターン層１２の構造を有し、共振器１３Ｑの数、変換部１４の種類、及び、変換部１４の配設位置等の点で、ＩＤ１のセンサ１と相違する。図１１には、ＩＤ２～ＩＤ８のセンサ１の共振器１３Ｑの数、変換部１４の種類、及び、変換部１４の配設位置を示している。

＜検証実験の実験手法＞
　図１２Ａは、本検証実験で、学習モデル３０Ｄに対して機械学習を施した際の教師データの作成条件を示す図である。図１２Ｂは、機械学習を施した学習モデル３０Ｄを用いて、状態検出システムＵの性能評価を行った際のテストデータの作成条件を示す図である。図１２Ａ、図１２Ｂの「温度」及び「湿度」は、それぞれ、センサ１（トナー）の周囲雰囲気の温度及び湿度を示し、「トナー凝集有無」は、当該条件下に１時間載置されたときにトナーが凝集したか否かを示している。

　本検証実験では、図１２Ａに示す条件１～条件１０それぞれの条件下で取得されたセンサ１の反射波スペクトルを読取り、解析点を７．２５ＧＨｚ～１０．２５ＧＨｚの０．１ＧＨｚおきの３１点とし、条件１、２、３、４，６の反射波スペクトル情報を「凝集無し」の教師データとし、条件５、７、８、９、１０における反射波スペクトル情報を「凝集有り」の教師データとしたＳＶＭからなる学習モデル３０Ｄを作成した。

　又、本検証実験では、図１２Ｂに示す条件１１～条件２０それぞれの条件下で取得されたセンサ１の反射波スペクトルを読取り、解析点を７．２５ＧＨｚ～１０．２５ＧＨｚの０．１ＧＨｚおきの３１点とし、条件１１、１２、１３、１５の反射波スペクトル情報を「凝集無し」の教師データとし、条件１４、１６、１７、１８、１９、２０における反射波スペクトル情報を「凝集あり」のテストデータとした。そして、学習済み学習モデル３０Ｄを用いて、テストデータの反射波スペクトル情報を解析し、トナーの凝集判別を行った。

　図１１に示す「正答率」は、テストデータの条件１１～条件２０のうち、何個の条件について、状態検出システムＵが示すトナーの凝集の有無の判別結果と、実際のトナーの凝集の有無と、が一致したかを示している。例えば、テストデータの条件１１～条件２０のうち、条件１４、１６，１８、２０のときには、状態検出システムが示すトナーの凝集の有無の判別結果と、実際のトナーの凝集の有無と、が一致し、条件１１、１２、１３、１５，１７、１９のときには、状態検出システムが示すトナーの凝集の有無の判別結果と、実際のトナーの凝集の有無と、が不一致であった場合、正答率は、４０％となる。ＩＤ１～ＩＤ８の構造のセンサ１それぞれの正答率は、同様の手法で算出されている。

　本検証実験で使用されたトナーは、従来公知の電子写真用トナーであり、非結晶性ポリエステル樹脂に対して、スチレンアクリル共重合体等を添加し、加熱溶解して作製されたものである。このトナー中には、平均粒径が６．５μｍ程度のトナー粒子が含まれている。尚、実際のトナーの凝集の有無は、トナーを２０ｃｃの容量のガラス容器に５ｇずつ採取し、ガラス容器を開封した状態で静置した後、取り出し、トナーが凝集を起こしているか否かを確認した。

＜変換部１４の材料＞
　本検証実験では、変換部１４の材料として、スチレンアクリル共重合体、非晶性ポリエステル樹脂、パラフィンワックス、及び、アルギン酸ナトリウム樹脂を用いた。

　スチレンアクリル共重合体は、トナー作製に使われた材料と同一の材料であり、主に、湿度に感応する材料である。湿度を変えて、スチレンアクリル共重合体の誘電率、ｔａｎδを計測したところ、湿度上昇と共に誘電率が上昇し、ｔａｎδが上昇することを確認できた。尚、スチレンアクリル共重合体は、温度にも微弱に感応性を示したが、その感度は弱く、温度変化に伴うスチレンアクリル共重合体の物性変化が、共振器に及ぼす影響は、小さいものであった。

　非晶性ポリエステル樹脂は、トナー作製に使われた材料と同一の材料であり、主に、温度に感応する材料である。温度を変えて、非晶性ポリエステル樹脂の誘電率を計測したところ、温度上昇と共に誘電率が低下することを確認できた。

　パラフィンワックスは、主に、温度に感応する材料である。各融点のパラフィンワックスは結晶性で、温度上昇と共に誘電率が微減少し、融点を超えると材料が流動すると共に急激に誘電率が減少することを確認できた。又、融点を超えた後、２５℃まで放冷すると、パラフィンワックスの結晶性は、元の結晶状態に戻らず、パラフィンワックスの誘電率は低下した状態を維持した。このことから、パラフィンワックスが、履歴記録性を有することを確認できた。

　アルギン酸ナトリウム樹脂は、湿度に感応する材料である。湿度上昇と共に誘電率が上昇し、ｔａｎδが上昇していた。又、湿度が上昇すると、アルギン酸ナトリウム樹脂内に水分子が配位し、湿度を下げてもアルギン酸ナトリウム樹脂の誘電率、ｔａｎδの変化がほとんどなかった。このことから、アルギン酸ナトリウム樹脂が、履歴記録性を有することを確認できた。

＜センサ１の構成＞
　ＩＤ２のセンサ１は、１個の共振器１３Ｑを有し、且つ、導体パターン層１２の全面を覆うように配された変換部１４を有するセンサ１である。ＩＤ２のセンサ１では、スチレンアクリル共重合体からなる変換部１４を用いた。尚、ＩＤ２のセンサ１へのスチレンアクリル共重合体の付与は、スチレンアクリル共重合体のメチルエチルケトン溶液を、センサ１と同サイズのスクリーンによって付与し（スクリーン印刷法）、乾燥することで達成した。

　ＩＤ３のセンサ１は、１個の共振器１３Ｑを有し、且つ、導体パターン層１２の全面を覆うように配された変換部１４を有するセンサ１である。ＩＤ３のセンサ１では、非晶性ポリエステルとスチレンアクリル共重合体の混合樹脂からなる変換部１４を用いた。尚、ＩＤ３のセンサ１への非晶性ポリエステルとスチレンアクリル共重合体の混合樹脂の付与は、非晶性ポリエステルとスチレンアクリル共重合体を５０重量部ずつ採取し、トルエンとメチルエチルケトンの混合溶媒で溶解させて溶液を作成し、スクリーン印刷法で付与し、乾燥することで達成した。

　ＩＤ４のセンサ１は、互いに異なる共振器長で形成された２個の共振器１３Ｑを有し、且つ、導体パターン層１２の全面を覆うように配された変換部１４を有するセンサ１である。ＩＤ４のセンサ１では、非晶性ポリエステルとスチレンアクリル共重合体の混合樹脂からなる変換部１４を用いた。尚、ＩＤ４のセンサ１への非晶性ポリエステルとスチレンアクリル共重合体の混合樹脂の付与は、非晶性ポリエステルとスチレンアクリル共重合体を５０重量部ずつ採取し、トルエンとメチルエチルケトンの混合溶媒で溶解させて溶液を作成し、スクリーン印刷法で導体パターン層１２の全面に付与し、乾燥することで達成した。

　ＩＤ５のセンサ１は、互いに異なる共振器長で形成された２個の共振器１３Ｑを有し、且つ、導体パターン層１２の各共振器１３Ｑのスリット内部に別種の変換部１４を有するセンサ１である。ＩＤ５のセンサ１では、一方の共振器１３Ｑのスリット内部には、非晶性ポリエステルからなる変換部１４を配置し、他方の共振器１３Ｑのスリット内部には、スチレンアクリル共重合体からなる変換部１４を配置した。尚、一方の共振器１３Ｑのスリット内部への非晶性ポリエステルの付与は、非晶性ポリエステルのトルエン溶液にて一方の共振器１３Ｑのスリットと同サイズのスクリーンを生成し、一方の共振器１３Ｑのスリット内部にスクリーン印刷を行うことで達成されている。又、他方の共振器１３Ｑのスリット内部へのスチレンアクリル共重合体の付与は、スチレンアクリル共重合体のメチルエチルケトン溶液にて他方の共振器１３Ｑのスリットと同サイズのスクリーンを生成し、他方の共振器１３Ｑのスリット内部にスクリーン印刷を行うことで達成されている。

　ＩＤ６のセンサ１は、互いに異なる共振器長で形成された２個の共振器１３Ｑを有し、且つ、導体パターン層１２の各共振器１３Ｑのスリット縁領域及びスリット内に別種の変換部１４を有するセンサ１である。ＩＤ６のセンサ１では、一方の共振器１３Ｑのスリット縁領域及びスリット内に、非晶性ポリエステルからなる変換部１４を配置し、他方の共振器１３Ｑのスリット縁領域及びスリット内部に、スチレンアクリル共重合体からなる変換部１４を配置した。尚、一方の共振器１３Ｑのスリット縁領域及びスリット内部への非晶性ポリエステルの付与は、非晶性ポリエステルのトルエン溶液を用いたスクリーン印刷によって行われている。又、他方の共振器１３Ｑのスリット縁領域及びスリット内部へのスチレンアクリル共重合体の付与は、スチレンアクリル共重合体のメチルエチルケトン溶液を用いたスクリーン印刷によって行われている。

　ＩＤ７のセンサ１は、互いに異なる共振器長で形成された２個の共振器１３Ｑを有し、且つ、導体パターン層１２の各共振器１３Ｑのスリット縁領域及びスリット内に別種の変換部１４を有するセンサ１である。ＩＤ７のセンサ１では、一方の共振器１３Ｑのスリット縁領域及びスリット内部には、融点４０℃のパラフィンワックス、融点５０℃のパラフィンワックス、及び融点６０℃のパラフィンワックスの複合材料（ここでは、各融点のパラフィンワックスを１：１：１の重量比で混合したもの）からなる変換部１４を配置し、他方の共振器１３Ｑのスリット縁領域及びスリット内部には、アルギン酸ナトリウムからなる変換部１４を配置した。尚、一方の共振器１３Ｑのスリット縁領域及びスリット内部へのパラフィンワックスの複合材料の付与は、一方の共振器１３Ｑのスリット縁領域及びスリット内部へのインクジェット噴射で達成されている。又、他方の共振器１３Ｑのスリット縁領域及びスリット内部へのアルギン酸ナトリウムの付与は、アルギン酸ナトリウムの３％水溶液を用いたスクリーン印刷によって行われている。

　ＩＤ８のセンサ１は、互いに異なる共振器長で形成された４個の共振器１３Ｑを有し、且つ、導体パターン層１２の４個の共振器１３Ｑのスリット縁領域及びスリット内それぞれに別種の変換部１４を有するセンサ１である。ＩＤ８のセンサ１では、第１共振器１３Ｑのスリット縁領域及びスリット内部には、融点４０℃のパラフィンワックスからなる変換部１４を配置し、第２共振器１３Ｑのスリット縁領域及びスリット内部には、融点５０℃のパラフィンワックスからなる変換部１４を配置し、第３共振器１３Ｑのスリット縁領域及びスリット内部には、融点６０℃のパラフィンワックスからなる変換部１４を配置し、第４共振器１３Ｑのスリット縁領域及びスリット内部には、アルギン酸ナトリウムからなる変換部１４を配置した。尚、第１乃至第３共振器１３Ｑのスリット縁領域及びスリット内部へのパラフィンワックスの付与は、第１乃至第３共振器１３Ｑのスリット縁領域及びスリット内部それぞれへのインクジェット噴射で達成されている。又、第４共振器１３Ｑのスリット縁領域及びスリット内部へのアルギン酸ナトリウムの付与は、アルギン酸ナトリウムの３％水溶液を用いたススクリーン印刷によって行われている。

＜評価結果＞
　ＩＤ１～ＩＤ８のセンサ１を用いた場合のトナー凝集判別の正答率から、以下の事項を確認することができた。

　まず、センサ１に変換部１４を設けることで、トナー凝集有無の判別正答率を向上させることができた。又、共振器１３Ｑを複数にして、変換部１４からの情報採取の機会を増やすことで、更に正答率を上昇させることができた。特に、複数の共振器１３Ｑそれぞれに対して、別種の物理的変化（ここでは、周囲雰囲気の温度と湿度）に感応する変換部１４を配置することで、更に正答率を上昇させることができた。他方、変換部１４を同一の物理的変化に感応する材料によって構成した場合でも、その物理的変化に感応する帯域が互いに異なる変換部１４を、複数の共振器１３Ｑそれぞれに対して配置することで、正答率を上昇させることができた。

　又、変換部１４を、共振器１３Ｑの共振電流が通流する領域（ここでは、共振器１３Ｑのスリット縁領域）に配置することによって、変換部１４を、共振器１３Ｑの共振電流が通流しない領域（ここでは、共振器１３Ｑのスリット内部）に配置した場合よりも、正答率を上昇させることができた。

　又、変換部１４の材料（ここでは、パラフィンワックスとアルギン酸ナトリウム）として、物理的変化（ここでは、温度又は湿度）に対して不逆変化する材料を選択することで、トナーが凝集する条件を履歴として記録することができた。

［効果］
　以上のように、本実施形態に係るセンサ１は、共振器１３Ｑと接するように配設された変換部１４を有している。これによって、共振器１３Ｑの周波数特性の変化（即ち、反射波スペクトルの変化）から、センサ１の周囲環境の特定の物理的変化（例えば、温度又は湿度）を、選択的に捉えることが可能である。換言すると、これにより、センサ１の周囲環境の種々の物理的変化（例えば、温度、湿度、光刺激、及びガス濃度等）のすべてに影響を受けて、共振器１３Ｑの周波数特性の変化の要因を捉えられなくなる事態を抑制することができる。これによって、より正確に、検出対象の状態を推定することが可能となる。

　又、本実施形態に係るセンサ１は、共振器１３Ｑと変換部１４とで構成されるセンシング部を複数有するため、センサ１の周囲環境の種々の物理的変化を、確認したい要素ごと（例えば、温度と湿度）に切り分けて、高分解能で捉えることが可能である。これにより、例えば、特定の数種類の物理的変化との相関により、検出対象の状態変化を推定することが可能となるため、より正確に、検出対象の状態を推定することが可能となる。

　以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

　２０２０年１１月２５日出願の特願２０２０－１９５２４０の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。

　本開示に係るセンサタグによれば、より正確な状態検出が可能となる。

　Ｕ　状態検出システム　
　１　センサ
　１１　基材
　１２　導体パターン層
　１３　スリット
　１３Ｑ　共振器
　１４　変換部
　２　リーダー
　２１　送信部
　２２　受信部
　２３　制御部
　３　解析装置
　３１　学習部
　３２　推定部
　３０Ｄ　学習モデル

Claims (13)

1. 　電磁波読み取り式の状態検出システムに適用されるセンサタグであって、
   　基材と、
   　前記基材上に形成され、外部から照射される特定周波数の電磁波と共振して、前記電磁波を反射又は吸収する共振器と、
   　前記共振器と接して配設され、周囲雰囲気中の特定の物理的変化に応じて物性変化する材料で構成されており、自身の物性変化により、前記共振器の電磁波反射特性を変化させる変換部と、
   　を備えるセンサタグ。
2. 　前記変換部は、前記特定の物理的変化に応じて、誘電率、誘電正接、又は導電率の少なくとも一つが変化する材料で構成されている、
   　請求項１に記載のセンサタグ。
3. 　前記特定の物理的変化は、温度変化、湿度変化、ガス濃度変化、光量変化、ｐＨ変化、又は、磁気強度変化のうちのいずれかである、
   　請求項１又は２に記載のセンサタグ。
4. 　互いに異なる周波数特性を有する第１及び第２の前記共振器と、第１の前記共振器と接して配設された第１の前記変換部と、第２の前記共振器と接して配設された第２の前記変換部と、を備える、
   　請求項１乃至３のいずれか一項に記載のセンサタグ。
5. 　第１の前記変換部と第２の前記変換部とは、互いに異なる種類の前記特定の物理的変化に感応する材料によって構成されている、
   　請求項４に記載のセンサタグ。
6. 　第１の前記変換部と第２の前記変換部とは、同一の種類の前記特定の物理的変化に感応する材料によって構成されており、且つ、前記特定の物理的変化に感応する帯域が互いに異なる、
   　請求項４に記載のセンサタグ。
7. 　第１及び第２の前記共振器それぞれの前記電磁波反射特性を示す前記センサタグの反射波スペクトル情報により、１種類の検出対象の状態変化を判定するための情報を構成する、
   　請求項４乃至６のいずれか一項に記載のセンサタグ。
8. 　第１の前記変換部は、第１の前記共振器が前記電磁波と共振した際に共振電流が通流する位置に配設され、第２の前記変換部は、第２の前記共振器が前記電磁波と共振した際に共振電流が通流する位置に配設されている、
   　請求項４乃至７のいずれか一項に記載のセンサタグ。
9. 　前記変換部は、前記特定の物理的変化に応じて、不可逆的に物性変化する材料で構成されている、
   　請求項１乃至８のいずれか一項に記載のセンサタグ。
10. 　前記変換部は、互いに異なる種類の前記特定の物理的変化に感応する第１及び第２の材料の混合材料又は複合材料により形成されている、
    　請求項１乃至９のいずれか一項に記載のセンサタグ。
11. 　物品の品質に係る状態を検出する用途に適用された、
    　請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のセンサタグ。
12. 　前記共振器の前記電磁波反射特性を示す反射波スペクトルのパターンにより、検出対象の状態変化を判定するための情報を構成する、
    　請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のセンサタグ。
13. 　請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のセンサタグと、
    　前記センサタグに対して、電磁波を照射して、前記センサタグの反射波スペクトル情報を取得するリーダーと、
    　前記センサタグの前記反射波スペクトル情報に基づいて、検出対象の状態を推定する解析装置と、
    　を備える状態検出システム。

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