WO2023228886A1 - 情報処理装置、情報分析システム及び計測方法 - Google Patents

情報処理装置、情報分析システム及び計測方法 Download PDF

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WO2023228886A1
WO2023228886A1 PCT/JP2023/018826 JP2023018826W WO2023228886A1 WO 2023228886 A1 WO2023228886 A1 WO 2023228886A1 JP 2023018826 W JP2023018826 W JP 2023018826W WO 2023228886 A1 WO2023228886 A1 WO 2023228886A1
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chips
voltage
coil
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英嗣 入江
淳一郎 門本
秀典 辻
淳太 宮本
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国立大学法人 東京大学
株式会社Premo
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    • G08—SIGNALLING
    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C19/00—Electric signal transmission systems
    • G08C19/02—Electric signal transmission systems in which the signal transmitted is magnitude of current or voltage
    • G08C19/06—Electric signal transmission systems in which the signal transmitted is magnitude of current or voltage using variable inductance
    • G08C19/08—Electric signal transmission systems in which the signal transmitted is magnitude of current or voltage using variable inductance differentially influencing two coils
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
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    • G—PHYSICS
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    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C19/00—Electric signal transmission systems
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    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/40—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems characterised by components specially adapted for near-field transmission
    • H04B5/48—Transceivers

Definitions

  • the present invention relates to an information processing device, an information analysis system, and a measurement method.
  • An information processing device has been proposed that can flexibly accommodate changes in mounting shape and shape by horizontally integrating multiple chips with coils and performing wireless communication between the chips using inductive coupling that occurs between the coils. (For example, see Patent Document 1).
  • a sensing device and an information processing apparatus that acquires a detection signal from the sensing device as digital data are required.
  • Patent Document 1 discloses an information processing device that can flexibly respond to changes in mounting shape and shape by performing wireless communication between chips using inductive coupling that occurs between coils.
  • the device does not have a sensing function, and in order to detect state quantities, it is necessary to connect a sensing device in addition to the information processing device.
  • the present invention was made in view of this background, and an object of the present invention is to provide an information processing device having a sensing function and an information processing function.
  • the present invention provides an information processing device that includes at least a first chip and a second chip, the first chip being a first transmission control device that generates a transmission signal. and a first transmission coil that is connected to the first transmission control section and transmits the transmission signal, and the second chip transmits the transmission signal by inductively coupling with the first transmission coil.
  • a second receiving coil capable of receiving the second receiving coil; and a second detecting section that detects a voltage or current applied to the second receiving coil, and the first chip and the second chip are mutually connected to each other.
  • the second detection section detects vibrations, pressure changes, temperature changes, or electromagnetic waves applied to the first and second chips.
  • an information processing device having a sensing function and an information processing function.
  • FIG. 1 is a diagram showing a functional configuration of an information processing device 100 according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing a hardware configuration diagram for explaining the principle of wireless communication between chips of the information processing device 100 according to the present embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing a change in the positional relationship between a transmitting coil 122 and a receiving coil 111 arranged on two chips of the present embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a detailed implementation circuit of the information processing device 100 according to the present embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating temporal changes in a transmitted signal of a transmitting chip, an induced voltage V of a receiving coil, and a received signal of a receiving chip according to the present embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing a functional configuration of an information processing device 100 according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing a hardware configuration diagram for explaining the principle of wireless communication between chips of the information processing device 100 according to the present embodiment.
  • FIG. 3
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of a temporal change in the induced voltage V generated in the receiving coil when a change in the positional relationship of the chips according to the present embodiment occurs.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an operation flowchart in which the information processing device detects state quantities such as vibrations in the present embodiment.
  • 3 is a diagram illustrating an example of a functional configuration of an information processing device 100 in Example 2.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a hardware configuration diagram for explaining the principle by which chips 110, 120, and 130 perform wireless communication in Example 2.
  • FIG. This figure shows an example in which a large number of chips in Example 2 are arranged so as to be able to communicate with each other.
  • FIG. 7 is a diagram showing a hardware configuration diagram for explaining the principle of wireless communication between a chip 110 and a chip 120 in Embodiment 3.
  • 12 is a diagram showing a change in the positional relationship between a transmitting coil 122 and a receiving coil 111 arranged on two chips in Example 3.
  • FIG. 5 is a diagram showing functions of a chip 500 in Example 4.
  • FIG. 7 is a diagram showing the state of wireless communication between a plurality of chips when chips are mixed with materials in Example 4; 1 is a diagram showing a configuration diagram of an information analysis system using a plurality of information processing devices 100.
  • the present invention includes, for example, the following configuration.
  • An information processing device having at least a first chip and a second chip;
  • the first chip includes a first transmission control section that generates a transmission signal and a first transmission coil that is connected to the first transmission control section and transmits the transmission signal,
  • the second chip detects a second receiving coil that can receive the transmitted signal by inductively coupling with the first transmitting coil, and a voltage or current applied to the second receiving coil.
  • a second detection unit The first chip and the second chip are placed in close proximity to each other so that they can communicate wirelessly through inductive coupling, and when a change in voltage or current occurring in the second receiving coil satisfies a predetermined condition, the first chip
  • the second detection unit detects a change in the relative position of the chip and the second chip, or a vibration applied to the first and second chips, or a pressure change, or a temperature change, or an electromagnetic wave.
  • Characteristic information processing device [Item 2]
  • the second detecting unit detects the difference between the first chip and the second chip when the amplitude of the voltage or current that occurs when the second receiving coil receives the transmission signal increases or decreases from a predetermined value.
  • a third chip includes a third transmitting antenna, a third receiving antenna, and an external communication control unit that communicates with an external communication device, Item 3, wherein the third chip receives the detection information via the third receiving antenna and outputs the detection information to the external communication device by the external communication control unit.
  • the information processing device according to item 1, wherein the detection unit includes a CPU.
  • the first chip and the second chip are arranged adjacent to each other on a base material, and the first transmitting coil and the second receiving coil are arranged side by side in a substantially horizontal direction.
  • the first chip and the second chip are disposed adjacent to each other in positions directly facing each other with a base material interposed therebetween, and the first transmitting coil and the second receiving coil are disposed in positions directly facing each other. , The information processing device according to item 1.
  • One of the first chip and the second chip is provided on a rotor side of a rotating body, The other of the first chip and the second chip is provided on the stator side of the rotating body, As the rotor rotates relative to the stator, the first transmitting coil and the second receiving coil alternate between a relative position in which they face each other and a relative position in which they do not face each other. , The information processing device according to item 7.
  • An information processing device consisting of a plurality of chips that can communicate wirelessly with each other,
  • the chip is a transmission control unit that generates a transmission signal; a transmitting coil connected to the transmitting control unit and transmitting the transmitting signal; a receiving coil that receives the transmission signal from another chip;
  • a detection unit that detects the voltage or current of the receiving coil, The detecting unit detects the connection between the own chip and the other chip when the own chip is placed in a close position where the other chip can communicate wirelessly with each other by inductive coupling, and a change in voltage or current occurring in the receiving coil satisfies a predetermined condition.
  • An information processing device that detects changes in relative position, vibrations applied to its own chip, temperature changes, pressure changes, or electromagnetic waves.
  • the detection unit detects a change in the relative position of the first chip and the second chip when the amplitude of the voltage or current generated when the reception coil receives the transmission signal increases or decreases from a predetermined value; Or the information control device according to item 9, which detects vibrations, pressure changes, temperature changes, or electromagnetic waves applied to the first and second chips.
  • An information analysis system comprising: an information processing device having first and second chips disposed in close proximity to each other so that they can communicate wirelessly through inductive coupling; and an analysis device that analyzes information acquired from the information processing device.
  • the first chip includes a first transmission control section that generates a transmission signal and a first transmission coil that is connected to the first transmission control section and transmits the transmission signal
  • the second chip detects a second receiving coil that can receive the transmitted signal by inductively coupling with the first transmitting coil, and a voltage or current applied to the second receiving coil.
  • a second detection unit The analyzer acquires information on the voltage or current detected by the first detection unit, and when a change in the voltage or current included in the information satisfies a predetermined condition, the analysis device detects the first chip and the second chip.
  • An information analysis system characterized by detecting a change in the relative position of chips, a vibration applied to the first and second chips, a pressure change, a temperature change, or an electromagnetic wave.
  • the analysis device detects a change in the relative position of the first chip and the second chip, or a change in the first and second chips when the amplitude of the voltage or current included in the information increases or decreases from a predetermined value.
  • the information analysis system according to item 11, which detects vibrations, pressure changes, temperature changes, or electromagnetic waves applied to the chip.
  • the predetermined condition is that the amplitude of voltage or current that occurs when the receiving coil receives the transmission signal increases or decreases from a predetermined value.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of the functional configuration of an information processing apparatus 100 according to the present embodiment.
  • the information processing device 100 of this embodiment includes at least two chips 110 and 120.
  • the chip 120 includes a transmission coil 122, a transmission control section 128 that supplies a transmission signal to the transmission coil, and a power supply section 126 that supplies power to the transmission control section.
  • the chip 110 includes a receiving coil 111 that generates a voltage (or current) by inductive coupling with the transmitting coil 122, and a detection section 117 that detects the voltage or current (analog signal) generated in the receiving coil as a digital signal. , a power supply unit 116 that supplies power to the detection unit 117.
  • the detection unit detects the voltage or current generated in the receiving coil, and based on the detected value, detects the voltage or current caused by the change in the positional relationship between the chip 110 and the chip 120 together with the signal transmitted from the transmitting coil. Detect changes.
  • the power supply units 116 and 126 are configured with at least one of a power reception function that receives power from outside the chip, a power storage function that stores power inside the chip, or a power generation function that generates power inside the chip.
  • the transmission control unit 128 of the chip 120 can be configured with a CPU, and the detection 117 of the chip 110 can also be configured with a CPU.
  • FIG. 2 is a diagram showing a hardware configuration diagram for explaining the principle of wireless communication between chips.
  • the chip 120 has a transmitting coil 122 connected to a power supply section provided on the outer periphery of the chip, and the chip 110 has a receiving coil 111 provided on the outer periphery of the chip.
  • the chips 110 and 120 are placed close to each other, thereby enabling wireless communication using inductive coupling between the respective coils.
  • the coil diameter of each chip can be reduced to about 300 ⁇ m, and the distance between the coils of adjacent chips can be reduced to about 40 ⁇ m.
  • the chip 110 and the chip 120 are fixed on the same base material 200, so that both chips are arranged at a distance that allows inductive coupling.
  • the base material can be made of a soft cloth used for clothes or the like, a deformable elastic member, etc.
  • the positions of the chips 110 and 120 can be changed by deforming the base material. Since the relationship changes, a change in voltage or current occurs in the receiving coil not only due to a change in the current flowing through the transmitting coil but also due to a change in the positional relationship between the chips 110 and 120. Therefore, a change in the positional relationship of the chips can be detected by detecting a change in the voltage or current generated in the receiving coil due to the above-mentioned change in the positional relationship of the chips in the detection section.
  • FIGS. 3-1 to 3-4 are diagrams showing changes in the positional relationship between the transmitting coil 122 and receiving coil 111 arranged on two chips.
  • FIG. 3-1 is a diagram showing the positional relationship of each coil when the chip 110 and the chip 120 move relative to each other in the direction away from each other on the installation plane (in the direction away from each other in the X-axis direction).
  • the distance between the receiving coil 111 and the transmitting coil 122 becomes large, the inductive coupling that occurs between the two coils becomes small, and the voltage or The amplitude of the current (the maximum absolute value of the detected voltage or current value) becomes smaller.
  • the amplitude of the voltage or current of the receiving coil detected by the detection unit may be lower than a predetermined value. Changes in the environmental temperature can be detected if it changes at a low rate (period). Also, as the pressure applied to the base material in the X-axis direction changes, the base material deforms and the distance between the coils changes. When the detection unit detects a change in the amplitude of , it is possible to detect a change in the pressure applied to the base material in the X-axis direction.
  • the detection unit detects a change in voltage or current at a frequency higher than a predetermined value.
  • vibrations such as pulses, sounds, and other vibrations
  • FIG. 3-2 is a diagram showing the positional relationship of each coil when the chip 110 and the chip 120 are relatively moved in opposite directions to each other along the winding axis direction (Y-axis direction) of each coil.
  • the inductive coupling generated between the two coils becomes smaller, resulting in a change in the current generated in the transmitting coil 122.
  • the amount of change in voltage or current generated on the receiving coil side becomes smaller.
  • the detection unit detects a change in voltage or current at a frequency higher than a predetermined value.
  • vibrations such as pulses, sounds, and other vibrations
  • FIG. 3-3 is a diagram showing the positional relationship of each coil when the chip 110 and the chip 120 move relative to each other so as to slide in the front-rear direction (Z-axis direction) on the installation plane.
  • the overlap distance of the coils on opposing sides of the receiving coil 111 and the transmitting coil 122 decreases, so the inductive coupling that occurs between the two coils decreases, and the current generated in the transmitting coil 122 decreases.
  • the amplitude of the voltage or current generated in the receiving coil due to the change in is reduced. Therefore, when vibration is applied to the base material 200 in the Z-axis direction in the figure, the above-mentioned distance between the coils changes at a high frequency. When detected, it is possible to detect vibrations (pulse, sound, other vibrations, etc.) applied to the base material.
  • the chip 110 and the chip 120 rotate in a direction that reduces the relative angle between the chips, with the direction of the opposing sides between the chips (Z-axis) as the rotation axis.
  • Z-axis the direction of the opposing sides between the chips
  • theta a predetermined angle
  • Cited Document 1 as the above-mentioned relative angle ⁇ of the coils decreases, the coupling coefficient between the receiving coil 111 and the transmitting coil 122 increases monotonically, and the current generated in the transmitting coil 122 increases. It is known that the amplitude of the voltage or current generated in the receiving coil due to the change increases.
  • the above-mentioned relative angle between the coils changes at a high frequency, so the voltage or current changes at a rate (cycle) higher than a predetermined value.
  • vibrations pulse, sound, other vibrations, etc.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a detailed implementation circuit of the information processing device 100 shown in FIGS. 1 and 2.
  • the chip 120 includes a transmitting coil 122 arranged around the chip, a transmitting circuit 123 that outputs a current signal to the transmitting coil, and a core circuit 125 (transmission control unit 128) that generates the current signal. and a power supply unit 126 that supplies power to the core circuit.
  • the chip 110 also includes a receiving coil 111 arranged around the chip, a receiving circuit 113 that receives the voltage or current applied to the receiving coil, and a core circuit that detects the voltage or current received by the receiving circuit 113.
  • the core circuits 115 and 125 are composed of, for example, a CPU.
  • the core circuit 125 on the transmission side has the function of a transmission control section 128, and generates a transmission signal shown in FIG. 5, which will be described later, and the transmission circuit 123 outputs a current according to the transmission signal to the transmission coil.
  • FIG. 5 shows the transmitted signal generated by the core circuit 125 of the transmitting chip, the voltage V generated in the receiving coil 111 of the receiving chip, and the received signal generated by the core circuit 115 (detection section) of the receiving chip. Each shows the change over time.
  • the transmission signal is a binary signal (pulse signal) of High or Low, and a positive voltage V is generated in the receiving coil after a delay time has elapsed from the timing when the pulse of the transmission signal rose from Low to High.
  • the detection unit core circuit 115 raises the received signal from Low to High when this voltage exceeds a predetermined positive threshold.
  • a negative voltage V is generated in the receiving coil after the delay time has elapsed, and the detection section (core circuit 115) detects this voltage V as a predetermined negative threshold. If the value falls below the specified value, the received signal changes from High to Low.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of a temporal change in the voltage V generated in the receiving coil when a change in the positional relationship of the chips occurs.
  • the positional relationship between the coils of each chip changes as shown in Figures 3-1 to 3-3, and the inductive coupling increases.
  • the coupling coefficient becomes low, the amplitude of the voltage V generated in the receiving coil when the received signal changes (from High to Low, or from Low to High) will be the same as in the steady state where the positional relationship of the chips does not change. becomes smaller than the predetermined amplitude value.
  • the amplitude of the voltage V is larger than that in steady state.
  • the pulse period of the transmission signal is, for example, 0.2 ns, which is sufficiently shorter than the period in which the positional relationship between the coils of the chip changes, the amplitude of the voltage V Based on the change, it is possible to detect a change in the coupling coefficient of inductive coupling, and based on the change in the coupling coefficient, it is possible to estimate a change in the positional relationship between the chips.
  • the amplitude of the voltage V in the steady state and the value of the amplitude of the voltage V when the state quantity changes are values determined depending on the positional relationship between the chips that communicate, so the positional relationship of the chips is determined. For example, it is possible to appropriately set the information processing device in the information processing device during operation using the sensor.
  • the present invention is not limited to this, and may detect a change in the positional relationship between chips, vibration, pressure change, or temperature change based on the amplitude of the current value generated in the receiving coil. is also possible. Furthermore, it is also possible to detect each of the above-mentioned state quantities based on the amplitude of waveform distortion of the received signal (described in FIG. 5) detected by the detection unit instead of the voltage or current generated in the receiving coil.
  • FIG. 7 is a diagram showing an operation flowchart in which the information processing device detects state quantities such as vibrations in this embodiment.
  • the core circuit 125 of the transmitting chip causes a transmitting signal (current) to be transmitted to the receiving chip by wireless communication to flow through the transmitting coil (step 101).
  • the core circuit 115 of the receiving chip detects the voltage generated in the receiving coil (step 102).
  • step 103 if it is determined that the amplitude of the detected voltage has changed from a predetermined amplitude value, it is determined that vibration, pressure change, or temperature change is occurring.
  • step 104 it is also possible to separately detect vibration, pressure change, and temperature change based on the period of change in the amplitude of the detected voltage. For example, if the voltage amplitude change period is approximately 1 second, it is determined that vibration has occurred, and if the voltage amplitude change period is approximately 1 second to 10 seconds, it is determined that there is a pressure change. If the period of change in voltage amplitude is 10 seconds or more, it can be determined that there is a temperature change.
  • step 103 if it is determined that the amplitude of the detected voltage has not changed from a predetermined amplitude value, it is determined that no vibration, voltage change, or temperature change has occurred.
  • the chip 120 that transmits the transmission signal includes the transmission control unit 128 composed of a CPU or the like, but the present invention is not limited to this, and the transmission control unit 128 includes a CPU or the like. Instead, it is also possible to configure it with a circuit that transmits a predetermined transmission signal.
  • Example 2 In the first embodiment described above, an example was shown in which a change in the relative positional relationship between two coils that perform wireless communication by inductive coupling is detected, but in this embodiment, wireless communication is performed between three or more chips, An embodiment for detecting a change in relative positional relationship will be described. Note that the parts designated by the same reference numerals as those described in the first embodiment have the same functions as those in the first embodiment, and the description thereof will be omitted.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the functional configuration of the information processing device 100 in the second embodiment.
  • the information processing device 100 of this embodiment includes at least three chips 110, 120, and 130.
  • the chip 110 includes a transmission coil 112, a transmission control section 118 that generates a transmission signal to be transmitted from the transmission coil 112, and a state quantity detected by the detection section 117. It includes a memory 119 for recording detection information.
  • the detection section 117, the transmission control section 118, and the memory 119 are composed of, for example, a CPU.
  • the chip 130 also includes a receiving coil 131, a transmitting coil 132, an external communication control section 138, and a power supply section 136, and communicates with the external communication device 300 via the external communication control section.
  • the external communication control unit is composed of, for example, a CPU, and transmits a detection information output request signal via the transmission coil 132 when receiving a detection information output request from an external communication device. This output request signal is received by the receiving coil 111 of the chip 110. Based on this output request signal, the transmission control unit 118 reads the detection information recorded in the memory 119 and outputs the read detection information via the transmission coil 112. The external communication control unit receives the detection signal via the receiving coil 131 and outputs the detection signal to the external communication device 300.
  • the transmission signal transmitted from the transmission coil provided on each chip is received by the reception coils of all adjacent chips.
  • the transmitting coil and receiving coil provided on adjacent chips have the same function as a communication bus.
  • FIG. 9 is a diagram showing a hardware configuration diagram for explaining the principle by which the chips 110, 120, and 130 perform wireless communication in the second embodiment. As shown in FIG. 9, since chip 120 is adjacent to chip 110 and chip 130, the transmission signal transmitted from transmitting coil 122 is received by both receiving coils 111 and 131.
  • FIG. 10 shows an example in which seven chips are arranged so that they can communicate with each other.
  • the transmission signal transmitted from the chip 130 can be received by other adjacent chips (140, 150, 160, 170, 180, 190).
  • Example 3 In Examples 1 and 2 described above, an example was shown in which a plurality of chips are arranged adjacent to each other on a plane, but in this example, a plurality of chips are stacked in a direction in which the chip surfaces face directly, and the chips are An embodiment will be described in which a change in relative positional relationship is detected when wireless communication is performed between two devices. It should be noted that the parts designated by the same reference numerals as those described in the first and second embodiments have the same functions as those in the first embodiment, and the explanation thereof will be omitted.
  • FIG. 11 is a diagram showing a hardware configuration diagram for explaining the principle of wireless communication between the chip 110 and the chip 120.
  • the chips 110 and 120 are arranged in positions where the receiving coil 111 of the chip 110 and the transmitting coil 122 of the chip 120 directly face each other, thereby enabling wireless communication using inductive coupling between the two coils.
  • the example shown in FIG. 11 shows an example in which the chips 110 and 120 are fixed at close positions with the base material 210 in between, so that both chips are arranged at a distance that allows for inductive coupling.
  • the base material can be made of a deformable elastic member or the like, and in such a case, the positional relationship between the chips 110 and 120 changes, so that the receiving coil receives the information transmitted from the transmitting coil. Changes in voltage or current occur due to changes in the positional relationship between the chips 110 and 120, as well as changes in the electrical signals.
  • the voltage or current generated in the receiving coil is detected.
  • FIGS. 12-1 to 12-4 are diagrams showing changes in the positional relationship between the transmitting coil 122 and receiving coil 111 arranged on two chips.
  • FIG. 12-1 is a diagram showing the positional relationship of each coil when the chip 110 and the chip 120 move relative to each other in the direction away from each other (in the direction away from each other in the Y-axis direction).
  • the distance between the receiving coil 111 and the transmitting coil 122 becomes large, the inductive coupling that occurs between the two coils becomes small, and the voltage or The amount of change in current becomes smaller.
  • the detection unit detects a change in voltage or current with a cycle lower than a predetermined value. It is possible to detect changes in environmental temperature. Additionally, changes in the pressure applied to the base metal in the Y-axis direction also deform the base metal and change the distance between the coils. When detected by the detection unit, a pressure change in the Y-axis direction applied to the base material can be detected.
  • the detection unit detects a change in voltage or current at a frequency higher than a predetermined value.
  • vibrations such as pulses, sounds, and other vibrations
  • FIG. 12-2 is a diagram showing the positional relationship between the coils of the chip 110 and the chip 120 when each coil slides relative to each other in the X-axis direction.
  • the overlap distance of the coils on opposing surfaces of the receiving coil 111 and the transmitting coil 122 becomes smaller, so the inductive coupling that occurs between the two coils becomes smaller, and the current generated by the transmitting coil 122 becomes smaller.
  • the amount of change in voltage or current generated on the receiving coil side due to the change becomes smaller.
  • the detection unit detects a change in voltage or current at a frequency higher than a predetermined value.
  • vibrations such as pulses, sounds, and other vibrations
  • FIG. 12-3 is a diagram showing the positional relationship between the coils of the chip 110 and the chip 120 when each coil slides relative to each other in the Z-axis direction.
  • the overlap distance of the coils on opposing surfaces of the receiving coil 111 and the transmitting coil 122 becomes smaller, so the inductive coupling that occurs between the two coils becomes smaller, and the current generated by the transmitting coil 122 becomes smaller.
  • the amount of change in voltage or current generated on the receiving coil side due to the change becomes smaller.
  • the detection unit detects a change in voltage or current at a frequency higher than a predetermined value.
  • vibrations such as pulses, sounds, and other vibrations
  • FIG. 12-4 shows the positional relationship of each coil when the chip 110 is placed on the rotor side of the rotating body, and the chip 120 is placed on the stator side of the rotating body, and the rotor rotates relative to the stator.
  • FIG. 12-4 shows the positional relationship of each coil when the chip 110 is placed on the rotor side of the rotating body, and the chip 120 is placed on the stator side of the rotating body, and the rotor rotates relative to the stator.
  • the transmitting coil 111 and the receiving coil 122 can be placed in a relative position where they directly face each other (the state shown in Figure 12-4) and a relative position where they do not directly face each other.
  • the state (for example, the state in which the rotor has rotated 180 degrees from the state shown in FIG. 12-4) is repeated.
  • the inductive coupling between the coils becomes large, and when the receiving coil 111 and the transmitting coil 122 are no longer in a position where they are directly facing each other, the inductive coupling between the coils increases. , the inductive coupling between the coils is small. Therefore, as the rotor rotates, the distance between the coils described above changes with the cycle of the rotation speed, so the rotation speed (rotation speed) of a rotating body such as a motor can be detected.
  • Example 4 In each of the above-mentioned embodiments, an example was explained in which a plurality of chips are arranged in close proximity to each other via a base material to form a sensor. Instead, we will explain an example in which a sensor is manufactured more easily using multiple chips. It should be noted that the parts designated by the same reference numerals as those described in the first and second embodiments have the same functions as those in the first embodiment, and the explanation thereof will be omitted.
  • FIG. 13 is a diagram showing the functions of the chip 500 in this embodiment.
  • the chip 500 includes a receiving coil 501, a transmitting coil 502, a power supply section 506, a detecting section 507, a transmission control section 508, and a memory 509.
  • the functions of each of these functional blocks are similar to those of the embodiment described above. Therefore, when a plurality of chips 500 are arranged at close positions where they can communicate with each other, wireless communication can be performed between the chips, and changes in the relative positions of the chips can be detected.
  • the detection section 507, the transmission control section 508, and the memory 509 can be configured by a CPU.
  • FIG. 14 is a diagram showing the state of wireless communication between a plurality of chips when chips are mixed with materials. As shown in FIG. 14, since wireless communication can be performed between chips located in close positions, changes in the relative positions of the chips can be detected. For example, when a rubber sheet mixed with chips 500 is used as a flooring material, changes in pressure at any position on the flooring material can be detected. Furthermore, it is possible to similarly detect vibrations and temperature changes applied to the material into which the chip 500 is mixed.
  • FIG. 15 is a diagram showing a configuration diagram of an information analysis system using a plurality of information processing devices 100.
  • detection information such as vibration, pressure change, or temperature change detected by the plurality of information processing devices 100 is collected by the external communication device 300 and transmitted to the cloud server 400 via a communication line.
  • Cloud servers can analyze large amounts of detected information and generate statistical information.
  • a detection function for detecting a change in the relative position between chips, a vibration applied to the chip, a pressure change, or a temperature change is implemented in the detection section within the chip.
  • the detection section in the chip implements a voltage or current detection function
  • the external communication device 300 or cloud server 400 that has acquired voltage or current detection information from the chip can detect the voltage or current value of the detection information.
  • the device may have a function of detecting a change in the relative position between the chips, a vibration applied to the chips, a pressure change, or a temperature change based on a predetermined condition that the amplitude increases or decreases from a predetermined value.
  • the accompanying computing chip itself as a necessary element for configuring the sensor system becomes the sensing device, so there is no need to separately provide the computing chip and the sensing device, and it is possible to create a chip-sized sensor system. Can be built. Furthermore, since it is possible to measure changes in the relative positional relationship between chips, it becomes possible to measure any physical quantity if this change in relative positional relationship can be linked. In addition, by replacing the software installed on the computing chip, it is possible to operate it as a different type of sensor, reducing the design cost of the sensor system and measuring multiple physical quantities with a single sensor device. It is also possible to do so.
  • state quantities such as vibration, pressure change, or temperature change are estimated by detecting changes in voltage or current generated in the receiving coil due to changes in the relative position of the chip.
  • the voltage or current generated in the receiving coil changes when exposed to electromagnetic waves. Therefore, it is also possible to measure electromagnetic waves hitting the information processing device by detecting changes in voltage or current generated in the receiving coil.
  • Information control device 110 120, 130, 500 Chip 111, 121, 131, 501 Receiving coil 112, 122, 132, 502 Transmitting coil 113, 123, 133, 503 Receiving circuit 114, 124, 134, 504 Transmitting circuit 115, 125, 135, 505 Core circuit 126, 116, 136, 506 Power supply section 117, 127, 137, 507 Detection section 118, 128, 508 Transmission control section 139, 509 Memory 200, 210 Base material 300 External communication device 400 Cloud server

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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、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。

Description

情報処理装置、情報分析システム及び計測方法
　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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