(57)【要約】  独立型センサモジュール、およびこれを作動させる方法、およびこれを製造する方法が開示されており、センサモジュールはセンサと、送受信ユニットと、信号処理ユニットと、エネルギー供給源とを有しており、それによってモジュールの独立型の作動が可能となる。さらに、適当な製造方法に基づき、選択された測定対象へモジュールが統合または取付されたときに物体の機能低下が実質的に起こらないように、センサモジュールのサイズと形状の適合化を実現することができる。さらに、１つのシステム内部に複数のセンサモジュールを準備することで自己組織化ネットワークを作成することができ、それによってデータを相互に、かつ外部のユニットとの間で交換することができる。【選択図】図１ａ
2009507284.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
独立型センサモジュールにおいて、
指定された測定量に依存して電気信号を出力するために構成されたセンサ素子と、
前記センサ素子と接続された信号処理ユニットと、
データをワイヤレス伝送するために前記信号処理ユニットと接続された送受信ユニットと、
前記センサモジュールを少なくとも一時的に独立して作動させるためのエネルギー供給源と、
を含んでいる独立型センサモジュール。
【請求項２】
少なくとも１つの第１の動作状態と、これとは異なる第２の動作状態とをとるように構成されており、前記第１の動作状態は少なくとも前記送受信ユニットによるデータ送信が不活動化されたエネルギー節約状態を示す、請求項１に記載の独立型センサモジュール。
【請求項３】
機械式および／または電気式および／または磁気式および／または電磁式および／または光学式の信号による初期化によって前記第１の動作状態から前記第２の動作状態へ移行するように構成されている、請求項２に記載の独立型センサモジュール。
【請求項４】
前記第１の動作状態から前記第２の動作状態への移行を指令するように構成された制御ユニットが設けられている、請求項２または３に記載の独立型センサモジュール。
【請求項５】
前記制御ユニットは前記センサ素子から前記信号処理ユニットへ出力される信号によって前記移行を指令するように構成されている、請求項４に記載の独立型センサモジュール。
【請求項６】
前記信号処理ユニットはアナログ／デジタル変換器と、前記センサ素子から出力された信号を処理するためのデジタル式の信号処理セクションとを有している、請求項１から５のいずれか１項に記載の独立型センサモジュール。
【請求項７】
前記信号処理部は前記アナログ／デジタル変換器から出力されたデジタルデータを少なくとも部分的にソフトウェア支援式に信号処理するためのセクションを有している、請求項６に記載の独立型センサモジュール。
【請求項８】
前記センサモジュールは小型化された構造を有しており、マイクロシステムテクノロジーおよびマイクロエレクトロニクステクノロジーによって製作されている、請求項１から７のいずれか１項に記載の独立型センサモジュール。
【請求項９】
第２の指定された測定量に依存して電気信号を出力するために前記信号処理ユニットと接続された少なくとも１つの第２のセンサ素子が設けられている、請求項１から８のいずれか１項に記載の独立型センサモジュール。
【請求項１０】
少なくとも前記信号処理ユニットまたは前記センサは集積回路として設けられている、請求項１から９のいずれか１項に記載の独立型センサモジュール。
【請求項１１】
前記集積回路は前記送受信ユニットの少なくとも一部をさらに含んでいる、請求項１０に記載の独立型センサモジュール。
【請求項１２】
前記集積回路は前記センサ素子をさらに含んでいる、請求項１０または１１に記載の独立型センサモジュール。
【請求項１３】
すべての機能コンポーネントを収容するための支持体をさらに有しており、前記支持体は測定対象へ機械的に安定して取り付けるように構成されている、請求項１から１２のいずれか１項に記載の独立型センサモジュール。
【請求項１４】
前記支持体は移動する測定対象の表面または内部に取り付けるように構成されている、請求項１３に記載の独立型センサモジュール。
【請求項１５】
前記センサモジュールは測定対象の表面または内部に、実質的に機能を制約することなく取付可能である、請求項１４に記載の独立型センサモジュール。
【請求項１６】
前記測定対象は可動のスポーツ用具、特に球技のボールである、請求項１５に記載の独立型センサモジュール。
【請求項１７】
前記センサ素子は少なくとも１つの加速度センサを含んでいる、請求項１から１６のいずれか１項に記載の独立型センサモジュール。
【請求項１８】
前記エネルギー供給源は、前記センサモジュールに作用する機械エネルギーおよび／または電磁エネルギーから、前記センサモジュールの機能（機能性）を維持するための電気エネルギーを提供する発電機を含んでいる、請求項１から１７のいずれか１項に記載の独立型センサモジュール。
【請求項１９】
寸法が１ｃｍ3以下、好ましくは０．５ｃｍ3および特に０．２ｃｍ3以下の、請求項１から１８のいずれか１項に記載の独立型センサモジュール。
【請求項２０】
センサモジュールシステムにおいて、
請求項１から１９のいずれか１項に記載の２つまたはそれ以上の独立型センサモジュールを備えており、さらに各々の前記独立型センサモジュールは、前記センサモジュールシステムの他のセンサモジュールとともに自己組織化ネットワークを形成するように構成されているセンサモジュールシステム。
【請求項２１】
前記システムの作動時に前記独立型センサモジュールのうち少なくとも１つと少なくとも一時的に接続されるデータ受信ユニットがさらに設けられている、請求項２０に記載のセンサモジュールシステム。
【請求項２２】
個々の前記独立型センサモジュールの送受信ユニットは電磁式の信号伝送チャネルを介して信号伝送をするために構成されており、少なくとも２つの異なる周波数領域が設けられている、請求項２０または２１に記載のセンサモジュールシステム。
【請求項２３】
前記センサモジュールを外部から初期化するための周波数領域が設けられている、請求項２２に記載のセンサモジュールシステム。
【請求項２４】
所定の基準に従って前記システム内の通信経路を判定するためのアルゴリズムが前記独立型センサモジュールでセットアップされている、請求項２０から２３までのいずれか１項に記載のセンサモジュールシステム。
【請求項２５】
前記所定の基準はもっとも短い通信経路またはエネルギーが最適化された通信経路を表している、請求項２４に記載のセンサモジュールシステム。
【請求項２６】
データ検出システムにおいて、
請求項１から１９までのいずれか１項に記載の１つまたは複数の独立型センサモジュールと、
指定された測定量と組み合わされたデータを１つまたは複数の前記独立型センサモジュールからワイヤレス式に受信するように構成されたデータ受信ユニットとを備えているデータ検出システム。
【請求項２７】
１つまたは複数の前記センサモジュールのうち少なくとも１つへワイヤレス式にデータを伝送するように構成されたデータ送信装置をさらに含んでいる、請求項２６に記載のデータ検出システム。
【請求項２８】
前記データ送信装置は少なくとも１つの前記センサモジュールをコンフィギュレーションする役目をする制御データを伝送するために構成されている、請求項２７に記載のデータ検出システム。
【請求項２９】
前記データ送信装置は前記データ受信ユニットとは異なるワイヤレス式の伝送チャネル用として設計されている、請求項２７または２８に記載のデータ検出システム。
【請求項３０】
前記データ受信ユニットで受信されたデータを処理するために前記データ受信ユニットと接続されたデータ処理ユニットをさらに含んでいる、請求項２６から２９までのいずれか１項に記載のデータ検出システム。
【請求項３１】
前記データ処理ユニットはワイヤレス式の伝送チャネルを介して前記データ受信ユニットと接続されている、請求項３０に記載のデータ検出システム。
【請求項３２】
前記データ処理ユニットは１つまたは複数の前記センサモジュールへ少なくとも１つの初期化信号を送信するように構成されている、請求項３１に記載のデータ検出システム。
【請求項３３】
１つまたは複数の前記センサモジュールの前記送受信ユニットおよび前記データ受信ユニットはエネルギー節約的なデータ伝送用として設計されている、請求項２６から３２までのいずれか１項に記載のデータ検出システム。
【請求項３４】
前記データ受信ユニットは１つまたは複数の前記センサモジュールへエネルギーを供給するように構成されている、請求項３３に記載のデータ検出システム。
【請求項３５】
前記送受信ユニットは、データ伝送に必要なエネルギーの少なくとも一部を、供給された前記エネルギーから引き出すように構成されている、請求項３４に記載のデータ検出システム。
【請求項３６】
データ検出をする方法において、
測定対象の表面または内部へ測定モジュールを固定し、このとき前記測定モジュールは測定対象に合わせて適合化されるとともに、測定対象の機能制約を実質的に引き起すことがなく、
測定対象と組み合わされた測定データを前記測定モジュールで取得し、
取得された測定データを前記測定モジュールで処理し、
処理された測定データを前記測定モジュールからワイヤレス式に伝送する、データ検出方法。
【請求項３７】
測定データの取得は１つまたは複数のセンサ素子による１つまたは複数の指定された測定量の測定値の判定を含んでいる、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
取得された測定データの処理は長期間にわたるデータ保存および／またはデータのフィルタリングおよび／または閾値判定および／またはコンピュータによる評価を含んでいる、請求項３６または３７に記載の方法。
【請求項３９】
取得された測定データの処理はアナログ・デジタル変換とデジタル式の信号処理とを含んでいる、請求項３６から３８までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項４０】
前記信号処理はコンピュータ装置のソフトウェアにより行われる、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
少なくとも処理された測定データの伝送が中断されるエネルギー節約状態が合間に成立する、請求項３６から４０までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項４２】
前記エネルギー節約状態の間は少なくとも測定データの取得が中断される、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記エネルギー節約状態は外部から供給される初期化信号によって解消される、請求項４１または４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記エネルギー節約状態は取得された測定データに基づいて解消される、請求項４１または４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記測定モジュールの作動に必要なエネルギーの少なくとも一部を提供するための無接触式のエネルギー供給をさらに含んでいる、請求項３６から４４までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項４６】
無接触式の前記エネルギー供給はデータの伝送中に行われる、請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
測定対象に及ぼされる機械的な作用から前記測定モジュールを作動させるためのエネルギーが取得される、請求項３６から４６までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項４８】
前記測定モジュールでのデータの受信をさらに含んでおり、受信される該データは制御データおよび／または測定データを含んでいる、請求項３６から４７までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項４９】
少なくとも１つの別の測定モジュールが設けられており、該測定モジュールは少なくとも１つの別の測定対象に固定されるとともに該測定対象に合わせて適合化されており、少なくとも１つの別の該測定対象の機能制約を実質的に引き起すことがなく、測定データを取得し、取得された測定データを処理し、処理された測定データをワイヤレス式に伝送し、前記測定モジュールと少なくとも１つの別の前記測定モジュールは一時的にデータを交換する、請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
前記測定モジュールと少なくとも１つの別の前記測定モジュールは自己組織化ネットワークとして作動する、請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
前記測定モジュールおよび／または少なくとも１つの別の前記測定モジュールの処理された測定データの、データ受信ユニットへの伝送をさらに含んでいる、請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
前記データ受信ユニットへデータを伝送するために、前記測定モジュールおよび少なくとも１つの別の前記測定モジュールとの間の通信経路の形成をさらに含んでいる、請求項５１に記載の方法。
【請求項５３】
処理された測定データを伝送するときに周波数領域の異なる伝送チャネルを利用可能である、請求項３６から５２までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項５４】
測定対象は使用中に少なくとも一時的に運動する、請求項３６から５３までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項５５】
測定対象は可動のスポーツ用具である、請求項５４に記載の方法。
【請求項５６】
独立型センサモジュールを製造する方法において、
選択された測定対象について前記センサモジュールのサイズと設計形態を該センサモジュールの取付後に測定対象の機能制約を実質的に引き起こすことなく決定し、
１つまたは複数のセンサモジュールを製造するためにマイクロシステム技術のテクノロジーとマイクロ構造を製造するテクノロジーを適用し、各々の前記センサモジュールは、センサ素子と、該センサ素子に接続された信号処理ユニットと、データをワイヤレス式に伝送するための前記信号処理ユニットと接続された送受信ユニットと、前記センサモジュールを少なくとも一時的に独立して作動させるためのエネルギー供給源とを含む複数のコンポーネントを有している方法。
【請求項５７】
前記コンポーネントのうち２つまたはそれ以上が共通の集積回路で製作される、請求項５６に記載の方法。
【請求項５８】
１つまたは複数の前記センサモジュールを製作するためにフレキシブルな回路支持体が使用される、請求項５６または５７に記載の方法。
【請求項５９】
１つまたは複数の前記センサモジュールを製作するために、受動的な回路コンポーネントおよび／または光学式のコンポーネントおよび／またはマイクロメカニクスコンポーネントが個々の回路支持体基板へ組み込まれる、請求項５６から５８までのいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
多くの分野で測定対象のデータを検出するためのセンサが使用されており、得られたデータは引き続いて適当な仕方で処理され、評価される。そのために、センサ信号に適当な信号処理が施されるのが普通であり、それにより、希望される測定量が要求される精度で量的に判定される。多くの用途において、たとえばマイクロプロセッサ、デジタル式の信号プロセッサ、あるいは増幅器等を備えるアナログ式の処理回路といった外部の信号処理装置へセンサ素子を機械式に直接結合するのは不可能であるか、もしくは、測定対象への影響が結びついていたり高い設置コストが必要となるような場合には望ましくない。たとえば運動する測定対象の場合、センサ信号をケーブル式に取り出すことはしばしば不可能であり、もしくは高いコストと結びついてる。定置の用途においても、ケーブル支援式のセンサ信号検出によって高いコストが生じたり、たとえば１つまたは複数のセンサの位置を変更したいような場合にはフレキシビリティの低下がもたらされる可能性がある。
【背景技術】
【０００２】
こうした理由から、たとえば周辺の評価コンポーネントへのセンサの接続を容易にするために、センサシステムにはしばしばさらに進んだ機能性が与えられている。しかしながら、特に相応の評価コンポーネントへセンサ素子がワイヤレス接続される場合、目的に即して高い信頼度でセンサデータを周辺コンポーネントへ伝送するには、たとえば大型の送受信ユニットや方向探知局がセンサ素子との通信のために必要になることによって、公知のシステムでは高いコストが生じてしまう。そのために、ワイヤレス通信式のセンサ素子の可能な用途が大幅に限定されたり、本来の測定任務や監視任務に及ぼされる影響が無視できなくなってしまう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような問題点に鑑みて、本発明の課題は、測定状況および／または監視状況の枠組条件のいっそう広い多様性を考慮に入れたうえで、いっそうフレキシブルなセンサの使用を可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の１つの態様では、この課題は独立型センサモジュールによって解決される。独立型センサモジュールは、指定された測定量に依存して電気信号を出力するために構成されたセンサ素子と、センサ素子と接続された信号処理ユニットと、データをワイヤレス式に伝送するために信号処理ユニットと接続された送受信ユニットと、センサモジュールを少なくとも一時的に独立して作動させるためのエネルギー供給源とを含んでいる。
【０００５】
このような構成に基づき、組み込まれた少なくとも１つのセンサを通じて検出されるデータの必要に即した検出、処理、保存、ならびに伝送および受信を可能にする、独立したワイヤレス式のセンサ通信モジュールを具体化する独立型の装置が提供される。組み込まれた信号処理部はデータの処理を引き受け、このデータが、たとえば無線伝送のためのワイヤレス通信インターフェースとしての役目をする送受信ユニットを介して、他の同種の装置または受信モジュールへと伝送される。それにより、センサモジュールの独立した作動形態が、少なくとも多くの利用目的にとって十分に長い期間にわたって保証されるので、高いコストのかかるインフラストラクチャーを用意することなく、指定された測定量の信頼度の高い測定や監視任務の遂行が可能となる。
【０００６】
さらに別の好ましい実施形態では、独立型センサモジュールは少なくとも１つの第１の動作状態と、これとは異なる第２の動作状態とをとるように構成されており、第１の動作状態は、少なくとも送受信ユニットによるデータ送信が不活動化または制約されたエネルギー節約状態を具体化している。
【０００７】
このようにして、独立型の動作を長期間にわたって維持することができる。複数の異なる特徴をもつエネルギー節約モードのうちの１つであってよいエネルギー節約状態のときに、エネルギーの明らかな低減を行えるからであり、エネルギー節約状態への移行はモジュール自身によって指令することができ、および／または外部から受信された信号によって惹起することができる。たとえば、モジュールの作動ならびにエネルギー状態を監視し、それによってエネルギー節約状態への移行を制御ユニットの構成に応じて指令する、相応の制御信号が意図されていてよい。この目的のために制御ユニットは、どのような動作状態のときにエネルギー節約状態をとるべきかについて、あるいは、複数のエネルギー節約状態を利用可能な場合にあってはいずれのエネルギー節約状態をとるべきかについて、決定基準を利用することができる。その代替または追加として、この決定は、たとえば送受信ユニットを介して受信される外部の制御信号に基づいて下すことができる。
【０００８】
さらに別の実施形態では、独立型センサモジュールは機械式および／または電気式および／または磁気式および／または電磁式および／または光学式の信号による初期化によって第１の動作状態から第２の動作状態へ移行するように構成されている。
【０００９】
それにより、外部のソースによって、たとえば離れたところにあるデータ送信ユニットまたは他のセンサモジュールによって、全面的に動作準備が整ったモジュールの状態を具体化することができる第２の動作状態を呼び出すことができるので、外部からの高度の制御性が可能となり、それによってモジュールの使用時にいっそう高いフレキシビリティを実現することができる。
【００１０】
さらに別の実施形態では、制御ユニットは、センサ素子から信号処理ユニットへ出力された信号によって、第２の動作状態への移行を指令するように構成されている。
【００１１】
このようにして、完全な動作準備態勢のために必要な状況を認識するためにセンサ素子自体を利用することができ、このことは特に監視任務にとって大きな利点となり得る。その場合、予測可能な時間に測定値が生じるわけではないのが普通だからである。そのような場合、程度の差こそあれ連続した測定値の検出を行うことができ、ただしその測定値は伝送されず、場合によりエネルギー節約的な前処理だけが施されるが、たとえば閾値を上回ったり下回ったりといった相応の状況の認識は可能である。このように、第２の動作状態を初期化するために、組み込まれたセンサ自体ならびに場合により組み込まれた別のセンサを、たとえば振動、熱、湿度などの認識によって利用することができる。
【００１２】
さらに別の実施形態では、信号処理ユニットは、センサ自体の内部に組み込まれていてもよいアナログ／デジタル変換器と、センサ素子から出力された信号を処理するためのデジタル式の信号処理セクションとを有している。それにより、効率的なソフトウェアベースの信号処理プロセスをインプリメントすることができるので、高いモジュール性を実現することができる。ソフトウェアによる適合化を行えるので、多数の異なるセンサ素子およびこれに伴う測定任務および／または監視任務および／または制御任務のために、信号処理ユニットの回路構成を利用することができるからである。場合によっては、このようにしてセンサ信号をデジタル形式で提供することもできる。
【００１３】
さらに別の好ましい実施形態では、センサモジュールは、マイクロシステムテクノロジーとマイクロエレクトロニクステクノロジーによって具体化される、小型化された構造を有している。このような近代的な製造方法を採用することで、センサモジュールのきわめてコンパクトな設計形態を具体化することができるので、幅広い用途のための測定対象への取付けが可能となり、測定対象にさほどの機能低下が引き起されることがない。本発明のセンサモジュールの技術的な具体化によって実現される、センサ、無線インターフェース、信号プロセッサ、ならびに受動コンポーネントが中に格納された最小のスペースへの小型化は、センサモジュールをほぼ任意の対象物や物体へ取り付けたり格納したりすることを可能にし、設計形態を適当な形状に変えることもできるので、機能低下を有効に抑えることができる。すなわちこの製造方法により、コンパクトな小型化されたモジュールを、用途と必要性とに応じて、その設計形態に関してたとえば球形、立方体、柔軟なテープなどとして適当に適合化することができる。さらに、上に挙げた技術によって格別に有利に具体化することができるモジュール形式の設計形態でセンサモジュールを製作することにより、用途の必要性に応じて、何らかの機能要素を取り替えたり置き換えたりするという可能性が創出され、それにより、たとえばセンサ素子を別のセンサ素子で置き換えることができ、あるいは、効率的かつ低コストな仕方でエネルギー供給源を交換できる。小型化モジュールの製造に適用されるマイクロシステム工学、マイクロエレクトロニクス、およびマイクロメカニクスの方法とテクノロジーを多種多様なやり方で組み合わせ、モジュールの実施形態の必要性に応じて、ないしは利用可能なテクノロジーに応じて、適合化することができる。たとえばセンサモジュールは、上記のテクノロジーを活用したうえで、たとえばエネルギーシステムのような新たに開発されたコンポーネントを、多大なコストをかけずに統合できるように構成されていてよい。たとえばマイクロ燃料電池を、それが低コストな仕方で利用可能になったときにただちに、たとえばバッテリ、蓄電池のような従来型のエネルギー担体に代えて採用することができる。
【００１４】
さらに別の好ましい実施形態では、第２の指定された測定量に依存して電気信号を出力するために信号処理ユニットと接続された少なくとも１つの第２のセンサ素子が設けられている。センサモジュールに複数のセンサ素子を設けることで、いっそう複雑な全体的機能を組み合わせの形で果たすことができるので、たとえば監視任務において特定の温度限界値および／またはばい煙限界値が生じたときに、および／または振動が発生したときに、アラームの発動を行うことができる。
【００１５】
さらに別の好ましい実施形態では、電子コンポーネントの少なくともいくつかは集積回路として構成されている。それにより、高い信頼度と結びついた高度のコンパクト性を実現することができる。１つの好ましい実施形態では、信号処理ユニットならびに送受信ユニットの少なくとも一部は共通の集積回路に設けられている。このようにして、センサ素子を組み付けるときに発生する作業の割合を、電子コンポーネントの接続や接続配線の準備といった面で明らかに低減することができ、それと同時に高い機能性と信頼度が、もっとも小さいスペースで提供される。このとき、センサモジュールでの信号処理ないし信号前処理を実質的にソフトウェア支援式に実施するのが格別に好ましい場合があり、それにより、集積回路の構造変更を必要とすることなく、所与の回路構成に基づいて幅広い用途をカバーすることができるようになる。
【００１６】
さらに別の好ましい実施形態では、集積回路はさらにセンサ素子を有している。このようにして、コンパクト性の度合いをいっそう高めることができ、それと同時にセンサモジュールの信頼度も高めることができる。たとえば測定工学的に検出されるべき測定量、たとえば圧力、温度、加速度、電界、光学的な測定量などのために、マイクロエレクトロニクス式ないしマイクロメカニクス式のセンサ素子を利用可能であり、それにより、センサ素子を効率的な仕方で回路コンセプトに組み入れることができるので、高い信頼度を同時に有する小さい設計容積を実現することができる。
【００１７】
さらに別の好ましい実施形態では、独立型センサモジュールはすべての機能コンポーネントを収容するための支持体を有しており、この支持体は測定対象の表面または内部へ機械的に安定した取付けをするために構成されている。センサモジュールの個々のコンポーネントを収容するために適当に構成された支持体を設けることは、センサモジュールを利用するにあたってのフレキシビリティを高める。用途に応じて支持体を構成することができ、それにより、設置中および測定段階中におけるモジュールの所要の程度の機械的安定性およびこれに伴う堅牢性を提供できるからである。小型化によってセンサモジュールが支持体の機能に影響を与えることがなく、もしくはわずかしか与えない。特に、支持体は運動する測定対象に取り付けるために構成されていてよい。それにより、適当な支持体が設けられていることとの関連で、センサモジュールのコンパクトな構造が運動する小さい物体での測定をその機能をさほど損なうことなく可能にする、多彩な用途を開拓することができる。１つの好ましい実施形態では、センサモジュールは、運動するスポーツ用具および特に球技のボールの内部または表面に取付可能であるように構成されている。それにより、スポーツ用具の使用中に適当なデータを効率的な仕方で判定して評価することができ、高度のフレキシビリティが得られるとともに周辺コンポーネントに関してわずかなコストしか必要ない。
【００１８】
さらに別の好ましい実施形態では、センサ素子は少なくとも１つの加速度センサを含んでいる。情報性の高い加速度値を求めるには、通常、測定対象が比較的影響を受けずに運動することが必要であり、したがって、本発明の独立型センサモジュールに基づき、得られた測定データの高度の真正性が保証されるとともに、周辺コンポーネントに関するわずかなコストしか必要ない。
【００１９】
さらに別の好ましい実施形態では、エネルギー供給源は、センサモジュールに作用する機械エネルギーおよび／または電磁エネルギーを、センサモジュールを作動させるための電気エネルギーに変換する発電機を含んでいる。このようにして、場合によりエネルギーコンポーネントの取り替えを必要とすることなく、外部から提供されるエネルギーをセンサモジュールで直接変換できることによって、センサモジュールの動作時間およびこれに伴うその独立性の程度を効率的に高めることができる。このとき相応の発電機は、機械的な運動エネルギーを保存するため、もしくはこのエネルギーを電気エネルギーへ直接変換するために、相応に小型化されたばね駆動式の機構または圧電変換器の形態で設けられていてよく、それに対して、別の実施形態ではその追加または代替として、電気エネルギー、磁気エネルギー、または電磁エネルギーを適当な仕方で変換し、次いでエネルギー供給源へ保存しておくための手段またはコンポーネントが発電機に設けられている。たとえば、誘導式に導入されるエネルギーを電気エネルギーへ効率的な仕方で変換するために、誘導式のコンポーネントが発電機に設けられていてよい。別の実施形態では、相応の割合の電気エネルギーをセンサモジュールへの供給用として提供するために、信号伝送に用いられる搬送波を利用することができる。機械エネルギーおよび／または電磁エネルギーの相応の変換は、特に、センサモジュールが程度の差こそあれ全面的に相応の測定対象へ組み込まれており、そのためにセンサモジュールへの直接的なアクセスが相応のコストと結びついている場合に好ましい場合がある。
【００２０】
本発明のさらに別の態様によると、本発明の根底にある課題は、上述の実施形態または以下に述べる実施形態で説明されているような２つまたはそれ以上の独立型センサモジュールを有するセンサモジュールシステムによって解決され、さらに、各々の独立型センサモジュールはセンサモジュールシステムの他のセンサモジュールとともに自己組織化ネットワークを形成するように構成されている。
【００２１】
それにより、たとえば無線ネットワークの分野に属する方法を基礎として構築することができる自己組織化ネットワークが、個々のモジュールの間のデータ交換の役目を果たすとともに、外部コンポーネントへの通信経路を成立させるのにも利用することができる。自己組織化ネットワークに基づき、可変な個数のセンサモジュールを利用することができるので、センサモジュールシステムの構成にあたって高度のフレキシビリティが提供され、それにより、たとえば環境の分野、建築物の管理、生産プロセスや食品産業における品質管理、機械や設備の監視、医療用のモニタリング、レジャー部門といった広い利用分野を開拓することができるからである。このときモジュールシステムのネットワーク構造に基づいて、高いコストのかかる大型の周辺コンポーネントを必要とすることなく、個々のセンサモジュールからの、および個々のセンサモジュールへの、データ伝送を効率的な仕方で惹起することができる。
【００２２】
さらに別の好ましい実施形態では、さらにセンサモジュールシステムに、システムの作動時に独立型センサモジュールのうちの少なくとも１つと少なくとも一時的に接続されるデータ受信ユニットが設けられている。それにより、希望するセンサデータを効率的な仕方でネットワークから読み出して、以後のデータ処理のために利用することができる。
【００２３】
さらに別の好ましい実施形態では、個々の独立型センサモジュールの送受信ユニットは電磁式の信号伝送チャネルを介して信号伝送をするために構成されており、少なくとも２つの異なる周波数領域が意図されている。システム内部で異なる周波数領域が使用されており、たとえばセンサモジュールを初期化するため、ならびにデータ伝送をするために伝送チャネルを利用することができることによって、センサデータ検出や伝送をするときに必要に応じた、すなわち選択も可能な時間的構成が可能となる。信頼度の高いデータ伝送を確保するために、必要な場合にはさまざまな周波数領域を利用することができるからである。さらに、さまざまな周波数領域が提供されることで、伝送に必要なエネルギーの観点からの選択も実現することができるので、センサモジュールのデータ伝送のためにエネルギー効率のよい伝送チャネルを選択することができる。たとえば、個々のセンサモジュールの間でのデータの伝送は適当な周波数領域で非常に低い強度で行うことができ、それに対して、たとえば外部からの、たとえばデータ受信ユニットからの初期化信号の伝送は大きい到達距離を保証する周波数領域で行うことができ、それにより、各々の独立型センサモジュールを外部から必要時に初期化することができる。
【００２４】
さらに別の好ましい実施形態では、独立型センサモジュールに、所定の基準に従ってシステム内の通信経路を判定するためのアルゴリズムがセットアップされている。それにより、インプリメントされたアルゴリズムに基づいて、１つのモジュールから次のモジュールへとデータが伝送され、最終的に外部ソースへ、たとえば外部のデータ受信ユニットへと伝送される、適当な通信経路を見出すことができる。このようにして、周辺コンポーネントに多大なコストをかけることなく、信頼度の高いデータ伝送を具体化することができる。たとえばモジュール内のただ１つのセンサモジュールから周辺コンポーネントへの、たとえばデータ受信ユニットへの、高い信頼度の接続しか必要ないからである。このように、外部ソースとの通信も特別に選択された観点から行うことができ、たとえばエネルギーを節約する確実なデータ伝送という観点から行うことができる。
【００２５】
さらに別の好ましい実施形態では、所定の基準はもっとも短い通信経路またはエネルギーが最適化された通信経路を表している。
【００２６】
本発明のさらに別の態様によると、データ検出システムは、上述の実施形態で説明されている、または以下に挙げる実施形態で説明される、１つまたは複数の独立型センサモジュールを含んでおり、さらにデータ検出システムは、指定された測定量と組み合わされたデータを１つまたは複数の独立型センサモジュールからワイヤレス式に受信するように構成されたデータ受信ユニットを有している。すでに上に説明したように、小型化されたモジュール形式の設計形態によって、１つまたは複数の独立型センサモジュールは固有の機能を果たす他の対象物や物体へ組み込むことができ、その本来の機能がさほど損なわれることがない。それによって対象物や物体は拡張された機能を得て、その使用特性が向上する。データ検出システムによって効率的な仕方で相応のデータが検出され、そのようにして、データ受信ユニットによって物体や対象物の外部でさらに処理するために利用できるからである。このことは特に、運動する物体、たとえばゴルフボール、ピンポン玉、テニスボールといった球技用ボールに着目した場合に当てはまる。運動する対象物の状態を１つまたは複数の指定された測定量に関して監視することができ、相応の測定データは対象物の機能に関して高度の真正性を有しているからである。
【００２７】
さらに別の好ましい実施形態では、１つまたは複数のセンサモジュールのうち少なくとも１つに、ワイヤレス式にデータを伝送するために構成されたデータ送信装置またはデータ送受信装置がさらに設けられている。このようにして、たとえばセンサモジュールの制御、および場合によりこれに伴う対象物への介入も、効率的な仕方で行うことができるので、データ検出システムを作動させるにあたって高度のフレキシビリティが得られる。たとえば動作状態を初期化するため、および／またはエネルギー節約状態を初期化するための初期化信号を、データ送信装置によって伝送することができ、それによってデータ検出システムが外部から高度に制御可能となる。別の実施例では、たとえば相応のコンフィギュレーションデータや制御データが伝送され、次いでそれがセンサモジュールの相応の作業形態を結果的にもたらすことによって、場合により独立型センサモジュールのコンフィギュレーションおよびこれに伴う機能挙動を外部から制御することができる。場合によってはソフトウェアの更新や、一般的にソフトウェアの変更などもデータ送信ユニットを通じて行うことができるので、外部から直接的なアクセスをすることなく、センサモジュールの動作挙動の相応の更新を行うことができる。
【００２８】
１つの好ましい実施形態では、データ送信装置は、データ受信ユニットのような他のワイヤレス式の伝送チャネルのためにデータ送信をするように構成されている。このようにして、たとえば個々のセンサモジュールへのデータ伝送は、すべてのセンサモジュールについて同時に信頼度の高いデータ伝送が行われるようにという観点から行うことができ、それに対してセンサモジュールからデータ受信ユニットへのデータ送信の際には、できる限り効率的な、かつそれに伴ってエネルギー節約的なデータ伝送の基準を適用できるようにすることができる。
【００２９】
さらに別の好ましい実施形態では、データ受信ユニットで受信されたデータを処理するためにデータ受信ユニットと接続されたデータ処理ユニットが設けられている。このようにして、信号処理が施されてはいるが、その信号処理は測定データの本来の利用の観点からすると前処理であり得るセンサモジュールで得られた測定データを、エネルギー節約的な、かつそれにもかかわらず効率的な仕方でデータ処理ユニットへ伝送することができ、次いで、このデータ処理ユニットがそのコンピュータ資源に応じて、検出された測定データの相応の処理ないし表示を行うことができる。たとえば、そのために携帯型または据置型のコンピュータ装置などを利用することができる。このとき、データ処理ユニットはワイヤレス式の伝送チャネルを介してデータ受信ユニットと接続されているのが好ましい。それにより、たとえばデータ処理ユニットとデータ受信ユニットとの間のワイヤレス式の伝送チャネルによって、たとえば「ブルートゥース規格」のような既存の規格を採用することによって、高度のフレキシビリティおよび既存のネットワークテクノロジーとの互換性を創出することができる。
【００３０】
さらに別の好ましい実施形態では、データ受信ユニットは１つまたは複数のセンサモジュールへエネルギーを供給するように構成されている。このようにして、センサモジュールの独立性ないしそのコンパクト性をも改良することができる。個々のセンサモジュールにあるエネルギー供給源を、相応に小型に選択することができるからである。たとえば送受信ユニットは、データ伝送に必要なエネルギーの少なくとも一部が、供給されたエネルギーから引き出されるように設計されていてよい。このことは、たとえばデータ伝送時の搬送波エネルギーの変換によって、または誘導式のエネルギー注入によって、または同時にエネルギー供給の役目も果たすことができる光ビームの提供によって惹起することができる。
【００３１】
本発明のさらに別の態様によると、データ検出をする方法が提供される。この方法は測定対象への測定モジュールの固定を含んでおり、測定モジュールは測定対象に合わせて適合化されており、実質的に測定対象の機能制約を引き起こすことがない。さらに、測定対象と組み合わされた測定データが測定モジュールで取得され、取得された測定データが測定モジュールで処理されてから、ワイヤレス式に伝送される。
【００３２】
すでに上に説明したとおり、固有の測定対象に測定モジュールを設けることで、その機能をさほど制約することなく、相応の測定データの局所的な取得、処理、ならびにワイヤレス式の伝送によって、特に運動する物体におけるデータ検出にあたっての高度のフレキシビリティが得られる。
【００３３】
好ましい実施形態では、測定データの取得は、１つまたは複数のセンサ素子による、１つまたは複数の指定された測定量の測定値の判定（算出）を含んでいる。このように１つまたは複数の適当なセンサ素子の選択によるデータ検出によって、相応の任務を履行することができ、たとえば、１つまたは複数の指定された測定量について、１つまたは複数の指定された数値範囲が守られていない場合に、アラームの発動や相応の表示を行うことができる。
【００３４】
さらに別の実施形態では、取得された測定データの処理は、長期間にわたるデータ保存および／またはデータのフィルタリングおよび／または閾値判定および／またはコンピュータによる評価を含むことができる。このようにして、取得された測定データの処理にあたって高いフレキシビリティがすでにその現場で可能であり、それにより、場合によってはデータ量が伝送時に大幅に低減され、したがって非常にエネルギー節約的に設計されていてよい。必要な場合には、たとえば相応の結果として保存されているデータ処理の相応の結果だけを伝送すればよいからである。たとえば、測定工学的に検出されるべき１つまたは複数の量が相応の閾値を上回ったり下回ったりするのを監視しようとする監視状況における典型的な用途の場合、相応の事象が実際に起こったときに初めて相応の信号伝送が行われ、それにより、通常は比較的エネルギー節約的なデータ処理のプロセスが維持されるのに対して、データ伝送は必要時にだけ行われる。さらに、エネルギー節約的な方策を適用したうえで伝送を行うことができる。場合により、必要な評価はセンサモジュールですでに完全に行っておくことができるので、場合によってはデータの冗長性をわずかしか付け加えなくてよく、もしくはまったく付け加えなくてよく、あるいは大きいデータ量を伝送できるからである。
【００３５】
取得された測定データの処理は、センサにすでに組み込まれていてよいアナログ・デジタル変換部によって行われるのが好ましく、好ましい実施形態ではソフトウェアの形態でコンピュータ装置に格納されたデジタル式の信号処理部が、その後に続いている。このようにして、非常にさまざまなデータ検出任務のために同種類のハードウェア構造を利用することができるので、高度のフレキシビリティが得られる。
【００３６】
本発明のさらに別の態様によると、独立型センサモジュールを製造する方法が提供される。この方法は、選択された測定対象についてのセンサモジュールのサイズと設計形態の決定を含んでおり、このサイズと設計形態はセンサモジュールの取付後に測定対象の機能制約を実質的に引き起こすことがない。さらに、マイクロシステム技術のテクノロジーと、マイクロ構造を製造するテクノロジーを適用して１つまたは複数のセンサモジュールが製造され、各々のセンサモジュールは、センサ素子と、センサ素子と接続された信号処理ユニットと、データをワイヤレス式に伝送するために信号処理ユニットと接続された送受信ユニットと、センサモジュールを少なくとも一時的に独立して作動させるためのエネルギー供給源とが属する複数のコンポーネントを有している。
【００３７】
この方法により、独立型のセンサ装置を目的に適ったやり方で製造することができるので、真正な測定データを測定対象から取得することができる。この測定データは、たとえば相応の測定対象の監視および／または制御および／または機能拡張のためにさらに利用することができる。
【００３８】
１つまたは複数のセンサモジュールを製造するために適用されるテクノロジーは、共通の回路支持体の上または中への、２つまたはそれ以上のコンポーネントの統合を含んでいるのが好ましく、それにより、低減された製造コストで高度の複雑性とコンパクト性を実現することができる。このように任意の測定対象に、相応に適応調整されたセンサモジュールを低コストなやり方で備え付けることができ、モジュール形式のコンパクトな独立した設計形態ないし機能形式に基づき、周辺装置のコストが少なく保たれる。
【００３９】
センサモジュールを製造するために、フレキシブルな回路支持体が使用されるのも好ましい。このようにして、センサモジュールの使用中における形状ならびに機械的な損傷のなさを向上させることができ、設計サイズがいっそう小型になる。それにより、モジュール全体について５ｍｍ×５ｍｍ×２．５ｍｍ以下の設計サイズ（エネルギー供給源を含まず）を具体化することができる。
【００４０】
センサモジュールを製造するために受動的な回路コンポーネントおよび／または（必要時には）光学式のコンポーネントおよび／またはマイクロメカニクスコンポーネントが個々の回路支持体基板へ組み込まれるのが好ましい。このような種類の製造は、大幅なコンパクト性ならびに故障の起こりにくさと同時に、低コストな製造プロセスを保証する。
【００４１】
上記以外の好ましい実施形態は添付の特許請求の範囲に定義されており、その他の特別な実施例についての以下の詳細な説明からも明らかである。そこでは以下のとおり図面が援用されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
図１ａは、一例としての本実施形態ではさらに種々のレベルに分割される三次元の積層プリント回路板１０１として設けられたセンサモジュール１００を模式的に示している。図示した実施形態では、プリント回路板１０１は、種別としては信号処理ユニットとも呼ばれる第１のレベル１０２に、相応のアナログ式および／またはデジタル式の配線を有しており、たとえば増幅器、アナログ・デジタル変換器、デジタルプロセッサなどを有しており、第１のレベル１０２すなわち信号処理ユニットのコンポーネントは、相応のセンサ素子１０３と接続されている。図示した実施形態では、センサ素子は相応の接続ケーブル１０４を介して接続された加速度センサとして構成されている。別の実施形態では、センサ素子はユニット１０２の基板に組み付けられていてよく、あるいはユニット１０２の配線板に直接統合されていてもよい。さらにユニット１０２の基板は、図示した実施形態では第２のレベルに配置された送受信ユニット１０５のための適当なアンテナを有していてよい。さらに別のレベル１０６には、さらに別のコンポーネント、たとえばクオーツその他の受動的または能動的なコンポーネントが設けられていてよい。さらに、このレベル１０６にはエネルギー供給源（図示せず）も設けられていてよく、または、エネルギー供給源は別途のレベルに配置されていてもよい。
【００４３】
図１ｂは、送受信ユニット１０５のアンテナ装置も含めた実質的にすべての電子コンポーネントが相応の個々の基板に配置されることによって、いっそうコンパクトな配置が実現されるモジュール１００の別の実施形態を斜視図として示しており、この場合、個々の基板の接触は相応の接続面を介して行われる。留意すべきは、基板の個数、形状、および配置が利用目的に合わせて適合化されており、選択された測定対象にモジュール１００を取り付けられるようになっていることである。
【００４４】
図１ｃは、本実施例ではゴルフボールである測定対象１５０へ組み込むためのセンサモジュール１００を模式的に示している。図示しているように、センサモジュール１００は加速度センサ１０３が組み付けられた積層プリント回路板１０１を含んでおり、積層板１０１の下には、たとえば標準バッテリまたは蓄電池の形態のエネルギー供給源１０７が、ボタン電池の形態で設けられている。さらに、個々のコンポーネントすなわちセンサ素子１０３、積層プリント回路板１０１、およびエネルギー供給源１０７が中に取り付けられ支持体１０８が示されており、これらのコンポーネントを支持体１０８とともにゴルフボール１５０の中で機械的に固定できるようになっている。図１ｃの右側には組立が完了したセンサモジュール１００が示されており、モジュール１００を支持体１０８に入れてゴルフボール１５０の中で機械的に固定するために、本例では、ゴルフボール１５０にある対応するねじ山への対応物として相応のねじ山が設けられている。
【００４５】
センサモジュール１００の電子コンポーネントの組付けは、確立されている方法であるＳＭＤ組立および「チップオンボード」（ＣＯＢ）テクノロジー（チップとワイヤボンディング）によって行われる。それにより、コンパクトで軽量な設計形態が実現される。支持体１０８はプラスチックハウジングの形態で設けられており、またはそれ以外の適当な材料で製作される。個々のコンポーネントの組付けは、設計形態に応じてマイクロシステム技術の公知の方法により、いっそうコンパクトな構造を実現できるように行うことができる。たとえば個々の回路板を製作するときに、フレキシブルな回路支持体（シート）を設けることができ、あるいは受動コンポーネントの集積化を、集積回路を製作するための相応の基板材料の内部または上部で行ったり、プリント回路板の基板材料の上で行うことができる。
【００４６】
図１ｄはセンサモジュール１００のブロック図を模式的に示しており、送受信ユニット１０５はデータ処理ユニット１０２と接続されており、データ処理ユニットは、図示した実施例では、アナログセクション１０２ａおよびデジタルセクション１０２ｂで構成されている。さらに、加速度センサ１０３は信号処理ユニット１０２と接続されており、エネルギー供給源１０７はモジュール１００のすべてのコンポーネントに電力を供給する役目を果たす。図示した実施形態はあくまで一例としての性格のものであり、上に説明した原理に従って改良することができる。たとえば特にエネルギー供給源１０７は、上に説明した特性を有する相応の発電機（図示せず）をエネルギー変換のために有していてよい。
【００４７】
モジュール１００の作動中、信号処理ユニット１０２ａ，１０２ｂはセンサの１０３の相応の信号を処理して、他のセンサ素子または相応のデータ受信ユニットへワイヤレス式に伝送するために送受信ユニット１０５へ供給することができる。図示した実施形態ではデジタル式の信号処理セクション１０１ｂが設けられており、この信号処理セクションはソフトウェア支援式の処理を可能にするので、同じハードウェア構造で高度のフレキシビリティを実現することができる。さらに、デジタル式のユニット１０２ｂの図示した実施形態では、モジュール１００の動作を制御することができる相応の制御ユニットがインプリメントされていてよい。たとえばモジュール１００では、全面的に機能性がある動作状態に加えて、少なくとも１つの別の動作状態がセットアップされていてよく、この動作状態では、たとえばデータの伝送を担当する送受信ユニット１０５の少なくとも一部が不活動化されることによって、エネルギー供給源１０７の負担が明らかに低減される。さらに、すでに上に説明したように、複数の異なるエネルギー節約モードがセットアップされていてもよく、それにより、たとえば外部信号によっても調整することができる制御コンフィギュレーションに依存して、相応の動作状態を設定することができる。
【００４８】
図１ｅは、１つまたは複数のセンサモジュール１００が設けられたデータ検出システム１６０を模式的に示している。さらにデータ検出システム１６０は、図示した実施形態では、モジュール１００のうちの少なくとも１つと少なくとも一時的に接続されるデータ受信ユニット１６１を含んでいる。さらにデータ検出システム１６０には、図示した実施形態では中程度の距離用の受信／送信モジュールと表記されている、たとえば測定データの表示ならびにモジュール１００の初期化の役目を果たすことができるデータ処理ユニット１６２が設けられている。
【００４９】
システム１６０の作動時には、たとえばモジュール１００のうちの１つにより、たとえばゴルフボールのショットによって惹起される測定データすなわち加速度値を検出し、電磁式の伝送チャネルによってデータ受信ユニット１６１へ伝送することができる。このとき、相応の伝送チャネルについて適当な周波数領域を適用することができるので、信頼度が高いにもかかわらずエネルギー節約的な信号伝送が可能となる。たとえば、データ受信ユニット１６１は測定データの伝送中にはモジュールのすぐ近傍に配置されていてよく、たとえば相応のゴルフクラブやショット地点に配置されていてよく、それにより、モジュール１００の非常に低い送信出力にもかかわらず、信頼度の高いデータ伝送が可能となる。他方、データ受信ユニット１６１は、モジュール１００とデータ受信ユニット１６１の間で利用される伝送チャネルとは周波数領域に関して異なっていてよい別の伝送チャネルを介して、処理ユニット１６２へデータを送ることができ、それにより、相応のデータを高い信頼度で伝送し、データ処理ユニット１６２で相応に評価することができる。そのために、たとえばＰＤＡ、携帯電話、モバイルコンピュータなどの市販の機器で通常利用可能である、たとえば規格に即した伝送チャネル、たとえばブルートゥース規格などを採用することができる。さらに、外部のデータ処理ユニット１６２を介して、相応の信号を送信することによる個々のモジュール１００の初期化を行うこともできる。たとえばゴルフボールがショットされる直前に初期化を行うことができ、それにより、モジュール１００はエネルギー節約状態から、データ採取およびデータ伝送のために相応の動作準備が整った状態へと移行する。
【００５０】
データ検出システム１６０には複数のセンサモジュール１００が設けられていてよく、この場合、これらのセンサモジュールは自己組織化ネットワークを形成するように構成される。たとえば、たとえばショットの後に相応の測定データを記憶し、引き続いて相応のデータ伝送を可能にする複数のゴルフボールを使用することができ、それぞれの送受信ユニットが相互の影響範囲内にあるゴルフボールが相応のネットワーク構造を形成し、それによって効率的なデータ伝送を保証する。このようにして、たとえ到達距離が短くても、異なるゴルフボールの多数の測定データをデータ受信ユニット１６１へ供給することが可能である。離れたところにあるゴルフボールのデータを、相応の通信経路を介して、データ受信ユニット１６１へ伝送することができるからである。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１ａ】本発明のわかりやすい実施形態に基づくセンサモジュールのモジュール形式の構造を模式的に示す図である。
【図１ｂ】図１ａの実施形態のプリント回路板技術（ＰＣＢ）におけるセンサモジュールのモジュール形式の構造を示す図である。
【図１ｃ】本例ではゴルフボールである測定対象へ組み込むための特別なセンサモジュールの機械的構造を示す図である。
【図１ｄ】加速度センサを備えるセンサモジュールのブロック図を模式的に示す図である。
【図１ｅ】相応の周辺コンポーネントを有する１つまたは複数のセンサモジュールを備えたデータ検出システムをわかりやすい実施形態で模式的に示す図である。
【図１ａ】
2009507284.tif 000003
【図１ｂ】
2009507284.tif 000004
【図１ｃ】
2009507284.tif 000005
【図１ｄ】
2009507284.tif 000006
【図１ｅ】
2009507284.tif 000007
【国際調査報告】
2009507284.tif 000008
2009507284.tif 000009
2009507284.tif 000010
2009507284.tif 000011
2009507284.tif 000012
2009507284.tif 000013