(57)【要約】【課題】周辺に異物が存在する場合に、存在する異物が磁性体であるか誘電体であるかを判別することが可能な異物検知装置を得る。【解決手段】送信部１０２が、第１アンテナ１０１の共振周波数で強度が最大となり、共振周波数から周波数が離れるに従って強度が低下する送信電波を送信し、異物センサ２００が、第２アンテナ２０１を介して送信電波を受信して送信電波に応じた応答電波を放出し、受信部１０３が、応答電波を受信して異物応答信号を生成し、上側強度抽出部１０４が、第１アンテナ１０１の共振周波数より高い周波数における異物応答信号の強度である上側強度を抽出し、下側強度抽出部１０５が、第１アンテナ１０１の共振周波数より低い周波数における異物応答信号の強度である下側強度を抽出し、異物判定部１０７が、上側強度と下側強度とを用いて異物センサの周囲に存在する異物の有無と異物が誘電体であるか磁性体であるかとを判定する。【選択図】図１
2016125840.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１アンテナを介して前記第１アンテナの共振周波数で周波数スペクトル強度が最大となり前記第１アンテナの共振周波数から周波数が離れるに従って周波数スペクトル強度が低下する送信電波を送信する送信部と、
第２アンテナを介して前記送信電波を受信して前記送信電波に応じた応答電波を放出する異物センサと、
前記第１アンテナを介して前記応答電波を受信して異物応答信号を生成する受信部と、
前記第１アンテナの共振周波数より高い第１の周波数における前記異物応答信号の周波数スペクトル強度である上側強度を前記異物応答信号から抽出する上側強度抽出部と、
前記第１アンテナの共振周波数より低い第２の周波数における前記異物応答信号の周波数スペクトル強度である下側強度を前記異物応答信号から抽出する下側強度抽出部と、
前記上側強度と前記下側強度とを用いて前記異物センサの周辺に存在する異物の有無と前記異物が誘電体であるか磁性体であるかとを判定する異物判定部と
を備えることを特徴とする異物検知装置。
【請求項２】
前記異物判定部は、前記上側強度と所定の第１の基準値とを比較し、前記下側強度と所定の第２の基準値とを比較して、前記異物センサの周辺に存在する異物の有無と前記異物が誘電体であるか磁性体であるかとを判定することを特徴とする請求項１に記載の異物検知装置。
【請求項３】
前記異物判定部は、前記上側強度が前記第１の基準値より大きく前記下側強度が前記第２の基準値より小さい場合には、前記異物センサの周辺に磁性体の異物が存在すると判定し、前記上側強度が前記第１の基準値より小さく前記下側強度が前記第２の基準値より大きい場合には、前記異物センサの周辺に誘電体の異物が存在すると判定することを特徴とする請求項２に記載の異物検知装置。
【請求項４】
前記異物判定部は、前記上側強度と前記下側強度とを比較し、前記上側強度が前記下側強度より大きければ前記異物センサの周辺に磁性体の異物が存在すると判定し、前記下側強度が前記上側強度より大きければ前記異物センサの周辺に誘電体の異物が存在すると判定することを特徴とする請求項１に記載の異物検知装置。
【請求項５】
第１アンテナを介して前記第１アンテナの共振周波数の送信電波を送信する送信部と、
第２アンテナを介して前記送信電波を受信し、所定のピーク周波数で周波数スペクトル強度が最大となり前記ピーク周波数から周波数が離れるに従って周波数スペクトル強度が低下する応答送信信号を生成し、前記第２アンテナを介して前記応答送信信号を応答電波として放出する異物センサと、
前記第１アンテナを介して前記応答電波を受信して異物応答信号を生成する受信部と、
前記ピーク周波数より高い第１の周波数における前記異物応答信号の周波数スペクトル強度である上側強度を前記異物応答信号から抽出する上側強度抽出部と、
前記ピーク周波数より低い第２の周波数における前記異物応答信号の周波数スペクトル強度である下側強度を前記異物応答信号から抽出する下側強度抽出部と、
前記上側強度と前記下側強度とを用いて前記異物センサの周辺に存在する異物の有無と前記異物が誘電体であるか磁性体であるかとを判定する異物判定部と
を備えることを特徴とする異物検知装置。
【請求項６】
前記異物センサは、
前記第２アンテナで受信した前記送信電波から電力を生成する電源回路と、
前記電源回路で生成された電力によって前記第２アンテナの共振周波数とは異なる前記ピーク周波数の応答基本信号を出力する制御回路と、
前記応答基本信号を変調して応答送信信号を生成する変調回路と
を備えることを特徴とする請求項５に記載の異物検知装置。
【請求項７】
前記異物判定部は、前記上側強度と所定の第１の基準値とを比較し、前記下側強度と所定の第２の基準値とを比較して、前記異物センサの周辺に存在する異物の有無と前記異物が誘電体であるか磁性体であるかとを判定することを特徴とする請求項５または請求項６に記載の異物検知装置。
【請求項８】
前記異物判定部は、前記上側強度が前記第１の基準値より大きく前記下側強度が前記第２の基準値より大きい場合には、前記異物センサの周辺に磁性体の異物が存在すると判定し、前記上側強度が前記第１の基準値より小さく前記下側強度が前記第２の基準値より小さい場合には、前記異物センサの周辺に誘電体の異物が存在すると判定することを特徴とする請求項７に記載の異物検知装置。
【請求項９】
統合判定部と、互いに異なる識別情報を有する複数の配列された前記異物センサとを備え、
前記異物センサは、それぞれ前記識別情報を含む応答電波を放出し、
前記異物判定部は、それぞれの異物センサ周辺に存在する異物の有無と前記異物が誘電体であるか磁性体であるかとを判定し、
前記統合判定部は、前記識別情報と前記異物判定部の判定結果とから前記異物が存在する位置を判定する
ことを特徴とする請求項５から請求項８のいずれか１項に記載の異物検知装置。
【請求項１０】
統合判定部と、互いに異なる識別情報を有する複数の配列された前記異物センサとを備え、
前記異物センサは、それぞれ前記識別情報を含む応答電波を放出し、
前記異物判定部は、それぞれの異物センサ周辺に存在する異物の有無と前記異物が誘電体であるか磁性体であるかとを判定し、
前記統合判定部は、前記識別情報と前記異物判定部の判定結果とから前記異物の大きさを判定する
ことを特徴とする請求項５から請求項８のいずれか１項に記載の異物検知装置。
【請求項１１】
前記第１の基準値は、予め求められた前記異物センサの周辺に異物が存在しない場合の前記上側強度であり、前記第２の基準値は、予め求められた前記異物センサの周辺に異物が存在しない場合の前記下側強度であることを特徴とする請求項２、請求項３、請求項７および請求項８のいずれか１項に記載の異物検知装置。
【請求項１２】
前記異物判定部は、前記上側強度と前記下側強度とが所定の第３の基準値以下である場合には、前記異物センサの周辺に誘電体または磁性体の異物が存在すると判定することを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の異物検知装置。
【請求項１３】
請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の異物検知装置を備え、
前記異物が存在すると前記異物検知装置が判定した場合には、給電を行わないことを特徴とする非接触給電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、異物検知装置、及び異物検知装置を備えた非接触給電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、対向する２つのコイルを用いて、マイクロ波によって電力を送電し、例えば蓄電デバイスに蓄積する非接触給電技術および装置が知られている。このような非接触給電装置においては、２つのコイル間の空間に金属（磁性体）や動物（誘電体）といった異物が存在した状態で給電がなされた場合、給電効率が低下するとともに、異物がマイクロ波の影響を受けるという問題がある。異物が受ける影響として、金属異物に対しては、マイクロ波による異常発熱が懸念されている。また、動物異物に対しては、電磁波曝露の影響が懸念されている。そのため、異物の存在を検知して異物に影響が出ないように給電を適切に制御することが必要となる。
【０００３】
例えば、特許文献１には、反射タグのアンテナの周波数特性が極大もしくは極小となる周波数において、反射電力の強度の変化を検知することで、反射タグのアンテナ周辺に異物が存在することを検知する異物検知装置が記載されている。また、特許文献２には、カメラ、赤外線センサ、超音波センサ、レーダーの少なくとも一つを備えて、異物の進入を検知する異物検知装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−６３３２４号
【特許文献２】国際公開第２０１２／０９０３４１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の異物検知装置は、アンテナの周波数特性が極大もしくは極小となる周波数において、反射電力の強度の変化を検知していることから、アンテナ周辺に異物が存在することは検知できるが、検知した異物が磁性体であるか誘電体であるかは判別できない。また、特許文献２に記載の異物検知装置は、異物の侵入は検知することができるが、検知した異物が磁性体であるか誘電体であるかを判別するものではない。以上のように、従来の異物検知装置には、周辺に存在する異物が磁性体であるか誘電体であるかを判別できないという問題点があった。このため、従来の異物検知装置を給電装置に適用した場合、磁性体の異物であれば異常発熱を防止するために即座に給電を停止し、一方、誘電体の異物であれば警報装置を作動して異物を除去するなどといった、異物の種類によって制御を分離することができない。
【０００６】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、周辺に異物が存在する場合に、存在する異物が磁性体であるか誘電体であるかを判別することが可能な異物検知装置を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る異物検知装置は、第１アンテナを介して第１アンテナの共振周波数で周波数スペクトル強度が最大となり第１アンテナの共振周波数から周波数が離れるに従って周波数スペクトル強度が低下する送信電波を送信する送信部と、第２アンテナを介して送信電波を受信して送信電波に応じた応答電波を放出する異物センサと、第１アンテナを介して応答電波を受信して異物応答信号を生成する受信部と、第１アンテナの共振周波数より高い第１の周波数における異物応答信号の周波数スペクトル強度である上側強度を異物応答信号から抽出する上側強度抽出部と、第１アンテナの共振周波数より低い第２の周波数における異物応答信号の周波数スペクトル強度である下側強度を異物応答信号から抽出する下側強度抽出部と、上側強度と下側強度とを用いて異物センサの周囲に存在する異物の有無と異物が誘電体であるか磁性体であるかとを判定する異物判定部とを備えるものである。
【０００８】
また、この発明に係る異物検知装置は、第１アンテナを介して第１アンテナの共振周波数の送信電波を送信する送信部と、第２アンテナを介して送信電波を受信し、所定のピーク周波数で周波数スペクトル強度が最大となりピーク周波数から周波数が離れるに従って周波数スペクトル強度が低下する応答信号を生成し、第２アンテナを介して応答信号を応答電波として放出する異物センサと、第１アンテナを介して応答電波を受信して異物応答信号を生成する受信部と、ピーク周波数より高い第１の周波数における異物応答信号の周波数スペクトル強度である上側強度を異物応答信号から抽出する上側強度抽出部と、ピーク周波数より低い第２の周波数における異物応答信号の周波数スペクトル強度である下側強度を異物応答信号から抽出する下側強度抽出部と、上側強度と下側強度とを用いて異物センサの周囲に存在する異物の有無と異物が誘電体であるか磁性体であるかとを判定する異物判定部とを備えるものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明に係る異物検知装置は、第１アンテナを介して第１アンテナの共振周波数で周波数スペクトル強度が最大となり第１アンテナの共振周波数から周波数が離れるに従って周波数スペクトル強度が低下する送信電波を送信する送信部と、第２アンテナを介して送信電波を受信して送信電波に応じた応答電波を放出する異物センサと、第１アンテナを介して応答電波を受信して異物応答信号を生成する受信部と、第１アンテナの共振周波数より高い第１の周波数における異物応答信号の周波数スペクトル強度である上側強度を異物応答信号から抽出する上側強度抽出部と、第１アンテナの共振周波数より低い第２の周波数における異物応答信号の周波数スペクトル強度である下側強度を異物応答信号から抽出する下側強度抽出部と、上側強度と下側強度とを用いて異物センサの周囲に存在する異物の有無と異物が誘電体であるか磁性体であるかとを判定する異物判定部とを備えるので、周辺に異物が存在する場合に、存在する異物が磁性体であるか誘電体であるかを判別することが可能となる。
【００１０】
また、この発明に係る異物検知装置は、第１アンテナを介して第１アンテナの共振周波数の送信電波を送信する送信部と、第２アンテナを介して送信電波を受信し、所定のピーク周波数で周波数スペクトル強度が最大となりピーク周波数から周波数が離れるに従って周波数スペクトル強度が低下する応答信号を生成し、第２アンテナを介して応答信号を応答電波として放出する異物センサと、第１アンテナを介して応答電波を受信して異物応答信号を生成する受信部と、ピーク周波数より高い第１の周波数における異物応答信号の周波数スペクトル強度である上側強度を異物応答信号から抽出する上側強度抽出部と、ピーク周波数より低い第２の周波数における異物応答信号の周波数スペクトル強度である下側強度を異物応答信号から抽出する下側強度抽出部と、上側強度と下側強度とを用いて異物センサの周囲に存在する異物の有無と異物が誘電体であるか磁性体であるかとを判定する異物判定部とを備えるので、周辺に異物が存在する場合に、存在する異物が磁性体であるか誘電体であるかを判別することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１による異物検知装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１による異物検知装置における送信電波を説明するための模式図である。
【図３】本発明の実施の形態１による異物検知装置の動作の流れを示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１による異物検知装置における第２アンテナの一般的な構成の等価回路図である。
【図５】本発明の実施の形態１による異物検知装置において異物が存在する場合の第２アンテナの等価回路図である。
【図６】本発明の実施の形態１による異物検知装置における第２アンテナの周波数特性を説明するための模式図である。
【図７】本発明の実施の形態１による異物検知装置における応答電波を説明するための模式図である。
【図８】本発明の実施の形態１による異物検知装置における異物応答信号を説明するための模式図である。
【図９】本発明の実施の形態２による異物検知装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の実施の形態２による異物検知装置における送信電波を説明するための模式図である。
【図１１】本発明の実施の形態２による異物検知装置における異物センサの構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の実施の形態２による異物検知装置における変調信号を説明するための模式図である。
【図１３】本発明の実施の形態２による異物検知装置の動作の流れを示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態２による異物検知装置における第２アンテナの周波数特性を説明するための模式図である。
【図１５】本発明の実施の形態２による異物検知装置における応答電波を説明するための模式図である。
【図１６】本発明の実施の形態２による異物検知装置における異物応答信号を説明するための模式図である。
【図１７】本発明の実施の形態３による異物検知装置の構成を示すブロック図である。
【図１８】本発明の実施の形態３による異物検知装置におけるＲＦＩＤリーダライタの構成を示すブロック図である。
【図１９】本発明の実施の形態４による異物検知装置の構成を示すブロック図である。
【図２０】本発明の実施の形態４による異物検知装置におけるＲＦＩＤリーダライタの構成を示すブロック図である。
【図２１】本発明の実施の形態５による非接触給電装置の構成を示すブロック図である。
【図２２】本発明の実施の形態５による非接触給電装置の別の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による異物検知装置の構成を示すブロック図である。以下、図面を参照しながら本実施の形態の異物検知装置の構成を説明する。本実施の形態の異物検知装置は、検知処理部１００と異物センサ２００とを備える。検知処理部１００は、第１アンテナ１０１と、送信部１０２と、受信部１０３と、上側強度抽出部１０４と、下側強度抽出部１０５と、記憶部１０６と、異物判定部１０７とを備える。また、異物センサ２００は、第２アンテナ２０１を備える。第１アンテナ１０１と第２アンテナ２０１は、通常、同一の周波数特性を有するように設計される。なお、送信部１０２、受信部１０３、上側強度抽出部１０４、下側強度抽出部１０５、記憶部１０６、異物判定部１０７は、電子回路で構成することができるが、プログラムを計算機で実行することによって一部の処理を実現することもできる。また、図示されていないが、全体の動作を制御する動作制御部を別に設けてもよい。
【００１３】
異物検知を行うタイミングにおいて、送信部１０２は、第１アンテナ１０１の共振周波数と同一である搬送波周波数ｆｓを含み、所定の帯域幅を持った送信電波を送信する。送信電波は、第１アンテナ１０１を介して送信される。例えば、送信部１０２は、搬送波をＡＳＫ（振幅シフトキーイング）により変調し、送信電波として送信する。また、送信部１０２は、搬送波周波数を中心としたクロック拡散を行ったものを送信電波として送信してもよい。
【００１４】
図２は、本実施の形態の異物検知装置における送信電波を説明するための模式図である。図２は、送信電波の周波数スペクトルの一例を表し、横軸は周波数、縦軸は送信電波の強度を表す。図２のｆｓは搬送波周波数であり、第１アンテナ１０１の共振周波数と同一である。図２に示すように、本実施の形態の異物検知装置における送信電波は、第１アンテナの共振周波数で周波数スペクトル強度が最大となり、前記第１アンテナの共振周波数から周波数が離れるに従って周波数スペクトル強度が低下する。なお、図２では、送信電波の周波数スペクトルは周波数に対して線形に変化しているが、必ずしもこれに限定されるものではない。
【００１５】
送信電波は、異物センサ２００で反射されて応答電波となる。ここで、異物センサ２００による反射とは、送信電波を受信した異物センサ２００が、送信電波に対応した応答電波を放出することを意味する。本実施の形態の異物検知装置においては、異物センサ２００で受信された送信電波が、応答電波として異物センサ２００から再び放出されることを意味する。なお、異物センサは、第２アンテナ２０１を介して送信電波を受信し、第２アンテナ２０１を介して応答電波を放出する。
【００１６】
応答電波は、第１アンテナ１０１を介して、受信部１０３で受信される。受信部１０３は、受信した応答電波を電気信号に変換して異物応答信号を生成する。異物応答信号は、上側強度抽出部１０４および下側強度抽出部１０５に入力される。上側強度抽出部１０４は、異物応答信号の周波数解析を行い、搬送波周波数ｆｓより高い第１の周波数ｆｈにおける異物応答信号の周波数スペクトルの強度である上側強度を抽出する。また、下側強度抽出部１０５は、異物応答信号の周波数解析を行い、搬送波周波数ｆｓより低い第２の周波数ｆｌにおける異物応答信号の周波数スペクトルの強度である下側強度を抽出する。
【００１７】
記憶部１０６は、異物センサ２００の周辺に異物がない状態における上側強度を第１の基準値として記憶し、異物センサ２００の周辺に異物がない状態における下側強度を第２の基準値として記憶している。記憶部１０６に記憶される第１の基準値および第２の基準値は、実験や設計値などから予め求めることができる。また、異物センサ２００の周辺に異物がない状態で、上側強度および下側強度を定期的に記憶部１０６に記憶させることも考えられる。異物判定部１０７は、上側強度と第１の基準値とを比較し、下側強度と第２の基準値とを比較して、異物センサの周辺に存在する異物の有無と、存在する異物が誘電体であるか磁性体であるかとを判定し、検知結果として出力する。
【００１８】
以下、本実施の形態の異物検知装置の動作について、詳細を説明する。図３は、本実施の形態の異物検知装置の動作の流れを示す図である。まず、送信部１０２が、第１アンテナ１０１を介して送信電波を送信する（ステップＳ００１）。次に、異物センサ２００が、第２アンテナ２０１を介して送信電波を受信して（ステップＳ００２）、送信電波に応じた応答電波を放出する（ステップＳ００３）。図４は、本実施の形態の異物検知装置における第２アンテナ２０１の一般的な構成の等価回路図である。第２アンテナ２０１の等価回路は、インダクタンスＬとキャパシタンスＣの並列共振回路により構成され、下記の式（１）で与えられる共振周波数ｆｒを有する。式（１）において、インダクタンスＬの単位はＨ、キャパシタンスＣの単位はＦ、共振周波数ｆｒの単位はＨｚである。
【００１９】
【数１】
2016125840.tif 000003
【００２０】
異物センサ２００の周辺に異物が存在すると、第２アンテナ２０１の本来の成分であるインダクタンスＬおよびキャパシタンスＣと並列に、異物の成分としてインダクタンスＬｐもしくはキャパシタンスＣｐが付加されると考えることができる。図５は、本実施の形態の異物検知装置において異物が存在する場合の第２アンテナ２０１の等価回路図である。なお、図５では、インダクタンスＬｐおよびキャパシタンスＣｐの両方が付加されているが、必ずしも両方が付加されるわけではない。異物センサ２００の周辺に誘電体の異物が存在する場合には、主にキャパシタンスＣｐが付加される。キャパシタンスＣｐが付加されると、全体としてキャパシタンスは増加し、第２アンテナ２０１の共振周波数は低くなる。一方、異物センサ２００の周辺に磁性体の異物が存在する場合には、主にインダクタンスＬｐが付加される。インダクタンスＬｐが付加されると、全体としてインダクタンスは低下し、第２アンテナ２０１の共振周波数は高くなる。
【００２１】
図６は、本実施の形態の異物検知装置における第２アンテナ２０１の周波数特性を説明するための模式図である。図６において、横軸は周波数、縦軸はアンテナのゲインを表す。図６の６Ａ（実線）は、異物センサ２００の周辺に異物が存在しない場合の第２アンテナ２０１の周波数特性である。異物センサ２００の周辺に異物が存在しない場合には、第２アンテナ２０１の共振周波数ｆｒは、搬送波周波数ｆｓと一致している。図６の６Ｂ（破線）は、異物センサ２００の周辺に誘電体の異物が存在する場合の第２アンテナ２０１の周波数特性である。図６の６Ｃ（点線）は、異物センサ２００の周辺に磁性体の異物が存在する場合の第２アンテナ２０１の周波数特性である。
【００２２】
図７は、本実施の形態の異物検知装置における応答電波を説明するための模式図である。図７において、横軸は周波数、縦軸は応答電波の強度を表す。図７は、図２の周波数スペクトルの送信電波および図６の周波数特性の第２アンテナ２０１に対して得られる応答電波の周波数スペクトルを表している。図７の７Ａ（実線）は、異物センサ２００の周辺に異物が存在しない場合の応答電波の周波数スペクトルである。図７の７Ｂ（破線）は、異物センサ２００の周辺に誘電体の異物が存在する場合の応答電波の周波数スペクトルである。図７の７Ｃ（点線）は、異物センサ２００の周辺に磁性体の異物が存在する場合の応答電波の周波数スペクトルである。
【００２３】
次に、受信部１０３が、第１アンテナ１０１を介して応答電波を受信して（ステップＳ００４）、異物応答信号を生成する（ステップＳ００５）。図８は、本実施の形態の異物検知装置における異物応答信号を説明するための模式図である。図８において、横軸は周波数、縦軸は異物応答信号の強度を表す。図８は、図７の周波数スペクトルの応答電波に対して得られる異物応答信号の周波数スペクトルを表している。図８の８Ａ（実線）は、異物センサ２００の周辺に異物が存在しない場合の異物応答信号の周波数スペクトルである。図８の８Ｂ（破線）は、異物センサ２００の周辺に誘電体の異物が存在する場合の異物応答信号の周波数スペクトルである。図８の８Ｃ（点線）は、異物センサ２００の周辺に磁性体の異物が存在する場合の異物応答信号の周波数スペクトルである。
【００２４】
次に、上側強度抽出部１０４が、第１の周波数ｆｈにおける異物応答信号の強度である上側強度を求める（ステップ００６）。また、下側強度抽出部１０５が、第２の周波数ｆｌにおける異物応答信号の強度である下側強度を求める（ステップ００６）。記憶部１０６に記憶される第１の基準値は、異物センサ２００の周辺に異物が存在しない場合における上側強度である。また、記憶部１０６に記憶される第２の基準値は、異物センサ２００の周辺に異物が存在しない場合における下側強度である。
【００２５】
次に、異物判定部１０７が、上側強度と下側強度とを用いて、異物センサ２００の周辺に存在する異物の有無と、異物が誘電体であるか磁性体であるかとを判定する（ステップ００７）。異物センサ２００の周辺に誘電体の異物が存在すると、異物応答信号の周波数スペクトルは図８の８Ｂに示すように変化し、上側強度は減少して第１の基準値より小さくなり、下側強度は増加して第２の基準値より大きくなる。一方、異物センサ２００の周辺に磁性体の異物が存在すると、異物応答信号の周波数スペクトルは図８の８Ｃに示すように変化し、上側強度は増加して第１の基準値より大きくなり、下側強度は減少して第２の基準値より小さくなる。異物判定部１０７は、上側強度が第１の基準値より小さく、下側強度が第２の基準値より大きい場合には、異物センサ２００の周辺に誘電体の異物が存在すると判定する。また、異物判定部１０７は、上側強度が第１の基準値より大きく、下側強度が第２の基準値より小さい場合には、異物センサ２００の周辺に磁性体の異物が存在すると判定する。
【００２６】
ここで、本実施の形態の異物検知装置は、想定される全ての異物に対して、第２アンテナ２０１の共振周波数が、第１の周波数ｆｈより高い周波数にも、第２の周波数ｆｌより低い周波数にもならないように設計されることが望ましい。このためには、送信電波の周波数スペクトル、第１アンテナ１０１の周波数特性、第２アンテナ２０１の周波数特性、第１の周波数ｆｈ、および第２の周波数ｆｌが適切に設計されることが望ましい。もし第２アンテナ２０１の共振周波数が想定よりも大きく変動し、上側強度が第１の基準値より小さく、下側強度も第２の基準値より小さい場合には、異物の種類は判定せず、異物が存在することのみを判定する。また、異物判定部１０７は、上側強度が第１の基準値より大きく、下側強度も第２の基準値より大きい場合には、判定不能とする。
【００２７】
表１は、異物判定部１０７が行う判定処理の具体例を表す表である。上側強度が第１の基準値と等しく、下側強度も第２の基準値と等しい場合には、異物判定部１０７は、異物は存在しないと判定する。また、上側強度および下側強度のいずれか一方のみが、第１の基準値または第２の基準値と一致している場合には、異物の種類は判定せず、異物が存在することのみを判定する。表１に示す処理例は、一例であり、必ずしもすべての判定結果を表１と同一にする必要はない。なお、記憶部１０６に記憶される第１の基準値および第２の基準値は、１つの値を示すものではなく、所定の数値範囲を示すものであってもよい。すなわち、第１の基準値および第２の基準値は、第１の基準範囲および第２の基準範囲を意味すると考えることができる。この場合、ノイズなどによる誤動作を防ぐことができる。
【００２８】
【表１】
2016125840.tif 000004
【００２９】
本実施の形態の異物検知装置は以上のように動作する。本実施の形態の異物検知装置は、所定の帯域を有する異物応答信号の２つの周波数における強度が、異物が存在しない場合と比較して、それぞれ増加もしくは減少したかを検出するように構成されているので、異物の有無を判別するとともに、存在する異物が磁性体であるか誘電体であるかを判別できるという効果がある。また、異物の有無の検出および異物の種類の判別を１つのセンサで実現することができるため、異物検知装置を小型化可能であるという効果がある。
【００３０】
例えば、複数種類のセンサを備え、各センサの出力と異物の種類とを対応付けておくことで、異物の種類を判定することも考えられるが、複数種類のセンサが必要となることから、装置が大型化、複雑化するとともに、装置コストが増大するという問題点がある。本実施の形態の異物検知装置によれば、装置の大型化、複雑化、および装置コストの増大を抑制しつつ、存在する異物が磁性体であるか誘電体であるかを判別することが可能となる。また、夜間であっても異物の種類を判別することが可能となる。
【００３１】
なお、送信電波の周波数スペクトル、第１アンテナ１０１の周波数特性、および第２アンテナ２０１の周波数特性が、搬送波周波数ｆｓを軸として対称となるように設計し、搬送波周波数ｆｓからの差分が等しくなるように第１の周波数ｆｈおよび第２の周波数ｆｌを選定することで、検知処理部１００の構成を簡単化することができる。この場合、異物がない場合には、上側強度と下側強度とが等しくなるので、異物判定部１０７は、上側強度が下側強度より大きければ磁性体の異物が存在すると判定し、下側強度が上側強度より大きければ誘電体の異物が存在すると判定することができる。この結果、記憶部１０６を省くことができる。
【００３２】
また、本実施の形態の異物検知装置において、送信部１０２は一定の時間間隔で送信電波を送信するようにし、異物判定部１０７は一定の時間間隔で得られた検知結果を蓄積するように構成されてもよい。このように構成することで、第２アンテナの共振周波数が想定よりも大きく変動したような場合でも、第２アンテナの共振周波数が変動する過渡状態の変化を検知することができる。そのため、過渡状態における検知結果から、異物の種類を判定することが可能となる。
【００３３】
ここで、第２アンテナの共振周波数が想定よりも大きく変動することで、応答電波が受信感度限界以下となった場合は、少なくとも上側強度または下側強度の一方が、第１の基準値または第２の基準値以下となる。したがって、異物判定部１０７は、表１にしたがって判定処理を行うことで、異物の種類の判別はできないものの、異物が存在することは検知可能となる。
【００３４】
以上のように、本実施の形態の異物検知装置は、第１アンテナを介して第１アンテナの共振周波数で周波数スペクトル強度が最大となり第１アンテナの共振周波数から周波数が離れるに従って周波数スペクトル強度が低下する送信電波を送信する送信部と、第２アンテナを介して送信電波を受信して送信電波に応じた応答電波を放出する異物センサと、第１アンテナを介して応答電波を受信して異物応答信号を生成する受信部と、第１アンテナの共振周波数より高い第１の周波数における異物応答信号の周波数スペクトル強度である上側強度を異物応答信号から抽出する上側強度抽出部と、第１アンテナの共振周波数より低い第２の周波数における異物応答信号の周波数スペクトル強度である下側強度を異物応答信号から抽出する下側強度抽出部と、上側強度と下側強度とを用いて異物センサの周囲に存在する異物の有無と異物が誘電体であるか磁性体であるかとを判定する異物判定部とを備えるので、周辺に異物が存在する場合に、存在する異物が磁性体であるか誘電体であるかを判別することが可能となる。
【００３５】
実施の形態２．
図９は本発明の実施の形態２における異物検知装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態の異物検知装置は、実施の形態１の異物検知装置とは、送信部１０２ｂ、異物センサ２００ｂ、異物判定部１０７ｂの動作が異なる。以下、図面を参照しながら、実施の形態１における異物検知装置と本実施の形態における異物検知装置の差異について説明する。実施の形態１と同様のものについては、詳細な説明は省略する。
【００３６】
送信部１０２ｂは、第１アンテナを介して、第１アンテナ１０１の共振周波数と同一の周波数の搬送波である送信電波を送信する。図１０は、本実施の形態の異物検知装置における送信電波を説明するための模式図である。図１０は、送信電波の周波数スペクトルを表し、横軸は周波数、縦軸は送信電波の強度を表す。図１０のｆｓは搬送波周波数であり、第１アンテナ１０１の共振周波数と同一である。異物センサ２００ｂは、送信電波を受信したのち、送信電波とは異なる周波数であって帯域幅を有する応答電波を送信する。
【００３７】
図１１は、本実施の形態の異物検知装置における異物センサ２００ｂの構成を示すブロック図である。異物センサ２００ｂは、第２アンテナ２０１、電源回路２０２、制御回路２０３、変調回路２０４を備える。電源回路２０２は、第２アンテナ２０１で受信した送信電波から電力を生成し、制御回路２０３に出力する。制御回路２０３は、電力が与えられると、送信電波とは異なる中心周波数の信号を変調回路２０４に出力する。変調回路２０４は、変調回路２０３から出力された信号に対して、例えばＡＳＫによる変調を行って帯域幅を有する応答送信信号を生成する。
【００３８】
図１２は、本実施の形態の異物検知装置における応答送信信号を説明するための模式図である。図１２において、横軸は周波数、縦軸は応答送信信号の強度を表す。また、図１２において、ｆｓは搬送波周波数、ｆｐは応答送信信号の強度が最大となるピーク周波数である。図１２に示すように、応答送信信号は、搬送波周波数ｆｓとは異なる所定のピーク周波数ｆｐで周波数スペクトル強度が最大となり、ピーク周波数ｆｐから周波数が離れるに従って周波数スペクトル強度が低下する。なお、図１２では、応答送信信号の周波数スペクトルは周波数に対して線形に変化しているが、必ずしもこれに限定されるものではない。応答送信信号は、第２アンテナ２０１を介して応答電波として送信される。
【００３９】
応答電波は、第１アンテナ１０１を介して、受信部１０３で受信される。受信部１０３は、受信した応答電波を電気信号に変換して異物応答信号を生成する。上側強度抽出部１０４は、第１の周波数ｆｈにおける異物応答信号の周波数スペクトルの強度である上側強度を異物応答信号から抽出する。また、下側強度抽出部１０５は、第２の周波数ｆｌにおける異物応答信号の周波数スペクトルの強度である下側強度を異物応答信号から抽出する。なお、本実施の形態の異物検知装置においては、第１の周波数ｆｈはピーク周波数ｆｐより高い周波数であり、第２の周波数ｆｌはピーク周波数ｆｐより低い周波数である。
【００４０】
記憶部１０６は、異物センサ２００ｂの周辺に異物がない状態における上側強度を第１の基準値として記憶し、異物センサ２００ｂの周辺に異物がない状態における下側強度を第２の基準値として記憶している。異物判定部１０７ｂは、上側強度と第１の基準値とを比較し、下側強度と第２の基準値とを比較して、異物センサの周辺に存在する異物の有無と、存在する異物が誘電体であるか磁性体であるかとを判定し、検知結果として出力する。
【００４１】
以下、本実施の形態の異物検知装置の動作について、詳細を説明する。図１３は、本実施の形態の異物検知装置の動作の流れを示す図である。実施の形態１における図３との違いは、図３におけるステップＳ００３が、図１３ではステップＳ００３ａおよびＳ００３ｂに置き換えられている点である。まず、送信部１０２ｂが、第１アンテナ１０１を介して送信電波を送信する（ステップＳ００１）。次に、異物センサ２００ｂが、第２アンテナ２０１を介して送信電波を受信する（ステップＳ００２）。次に、異物センサ２００ｂが、応答送信信号を生成し（ステップＳ００３ａ）、第２アンテナを介して応答送信信号を応答電波として放出する（ステップＳ００３ｂ）。
【００４２】
実施の形態１における異物検知装置と同様に、異物センサ２００ｂの周辺に誘電体の異物が存在する場合には、第２アンテナ２０１の共振周波数は低くなる。一方、異物センサ２００ｂの周辺に磁性体の異物が存在する場合には、第２アンテナ２０１の共振周波数は高くなる。図１４は、本実施の形態の異物検知装置における第２アンテナ２０１の周波数特性を説明するための模式図である。図１４において、横軸は周波数、縦軸はアンテナのゲインを表す。図１４の１４Ａ（実線）は、異物センサ２００ｂの周辺に異物が存在しない場合の第２アンテナ２０１の周波数特性である。図１４の１４Ｂ（破線）は、異物センサ２００ｂの周辺に誘電体の異物が存在する場合の第２アンテナ２０１の周波数特性である。図１４の１４Ｃ（点線）は、異物センサ２００ｂの周辺に磁性体の異物が存在する場合の第２アンテナ２０１の周波数特性である。
【００４３】
図１５は、本実施の形態の異物検知装置における応答電波を説明するための模式図である。図１５において、横軸は周波数、縦軸は応答電波の強度を表す。図１５は、図１２の周波数スペクトルの応答送信信号および図１４の周波数特性の第２アンテナ２０１に対して得られる応答電波の周波数スペクトルを表している。図１５の１５Ａ（実線）は、異物センサ２００ｂの周辺に異物が存在しない場合の応答電波の周波数スペクトルである。図１５の１５Ｂ（破線）は、異物センサ２００ｂの周辺に誘電体の異物が存在する場合の応答電波の周波数スペクトルである。図１５の１５Ｃ（点線）は、異物センサ２００ｂの周辺に磁性体の異物が存在する場合の応答電波の周波数スペクトルである。
【００４４】
次に、受信部１０３が、第１アンテナ１０１を介して応答電波を受信して（ステップＳ００４）、異物応答信号を生成する（ステップＳ００５）。図１６は、本実施の形態の異物検知装置における異物応答信号を説明するための模式図である。図１６において、横軸は周波数、縦軸は異物応答信号の強度を表す。図１６は、図１５の周波数スペクトルの応答電波に対して得られる異物応答信号の周波数スペクトルを表している。図１６の１６Ａ（実線）は、異物センサ２００ｂの周辺に異物が存在しない場合の異物応答信号の周波数スペクトルである。図１６の１６Ｂ（破線）は、異物センサ２００ｂの周辺に誘電体の異物が存在する場合の異物応答信号の周波数スペクトルである。図１６の１６Ｃ（点線）は、異物センサ２００ｂの周辺に磁性体の異物が存在する場合の異物応答信号の周波数スペクトルである。
【００４５】
次に、上側強度抽出部１０４が、第１の周波数ｆｈにおける異物応答信号の強度である上側強度を求める（ステップ００６）。また、下側強度抽出部１０５が、第２の周波数ｆｌにおける異物応答信号の強度である下側強度を求める（ステップ００６）。記憶部１０６に記憶される第１の基準値は、異物センサ２００ｂの周辺に異物が存在しない場合における上側強度である。また、記憶部１０６に記憶される第２の基準値は、異物センサ２００ｂの周辺に異物が存在しない場合における下側強度である。
【００４６】
次に、異物判定部１０７ｂが、上側強度と下側強度とを用いて、異物センサ２００ｂの周辺に存在する異物の有無と、異物が誘電体であるか磁性体であるかとを判定する（ステップ００７）。異物センサ２００ｂの周辺に誘電体の異物が存在すると、異物応答信号の周波数スペクトルは図１６の１６Ｂに示すように変化し、上側強度および下側強度はともに減少する。この結果、上側強度は第１の基準値より小さくなるとともに、下側強度も第２の基準値より小さくなる。一方、異物センサ２００ｂの周辺に磁性体の異物が存在すると、異物応答信号の周波数スペクトルは図１６の１６Ｃに示すように変化し、上側強度および下側強度はともに増加する。この結果、上側強度は第１の基準値より大きくなるとともに、下側強度も第２の基準値より大きくなる。
【００４７】
異物判定部１０７ｂは、上側強度が第１の基準値より小さく、下側強度が第２の基準値より小さい場合には、異物センサ２００ｂの周辺に誘電体の異物が存在すると判定する。また、異物判定部１０７ｂは、上側強度が第１の基準値より大きく、下側強度が第２の基準値より大きい場合には、異物センサ２００ｂの周辺に磁性体の異物が存在すると判定する。判定結果は、異物検知結果として出力される。
【００４８】
表２は、異物判定部１０７ｂが行う判定処理の具体例を表す表である。上側強度が第１の基準値と等しく、下側強度も第２の基準値と等しい場合には、異物判定部１０７は、異物は存在しないと判定する。また、上側強度および下側強度のいずれか一方のみが、第１の基準値または第２の基準値と一致している場合には、異物の種類は判定せず、異物が存在することのみを判定する。表２に示す処理例は、一例であり、必ずしもすべての判定結果を表２と同一にする必要はない。なお、記憶部１０６に記憶される第１の基準値および第２の基準値は、１つの値を示すものではなく、所定の数値範囲を示すものであってもよい。すなわち、第１の基準値および第２の基準値は、第１の基準範囲および第２の基準範囲を意味すると考えることができる。この場合、ノイズなどによる誤動作を防ぐことができる。
【００４９】
【表２】
2016125840.tif 000005
【００５０】
本実施の形態の異物検知装置は、以上のように動作する。本実施の形態の異物検知装置においても、異物の有無を判定できるとともに、存在する異物が磁性体であるか誘電体であるかを判定できるという効果を奏する。なお、本実施の形態の異物検知装置においては、ピーク周波数ｆｐは搬送波周波数ｆｓより高い周波数としたが、ピーク周波数ｆｐは搬送波周波数ｆｓより低い周波数であってもよい。また、本実施の形態の異物検知装置は、想定される全ての異物に対して、第１の周波数ｆｈおよび第２の周波数ｆｌにおける応答電波が受信感度限界以下とならないように、第１アンテナ１０１および第２アンテナ２０１の周波通特性が設計されることが望ましい。
【００５１】
また、図１４に示すように、本実施の形態の異物検知装置における第２アンテナ２０１は、所定の周波数範囲でアンテナゲインが最大となる特性となっている。ここで、想定される全ての異物に対して、第２アンテナ２０１のアンテナゲインが最大となる周波数範囲内に搬送波周波数ｆｓが存在するように、第２アンテナ２０１の周波数特性が設計されることが望ましい。ただし、異物センサ２００ｂにおいて、受信された送信電波の強度に関わらず、一定の強度の応答送信信号が生成されるように構成されていれば、第２アンテナ２０１の周波数特性において、所定の周波数範囲でアンテナゲインが一定となる必要はない。
【００５２】
また、本実施の形態の異物検知装置は、送信部１０２ｂから一定の時間間隔で送信電波を送信するようにし、一定の時間間隔で得られた検知結果を蓄積するように構成されてもよい。このように構成することで、第２アンテナの共振周波数が想定よりも大きく変動したような場合でも、第２アンテナの共振周波数が変動する過渡状態の変化を検知することができる。そのため、過渡状態の検知結果から、異物の種類を判定することが可能となる。
【００５３】
また、本実施の形態の異物検知装置は、第２アンテナの共振周波数が想定よりも大きく変動することで、応答電波が受信感度限界以下となった場合にも、異物の存在を検知できるように構成されることも可能である。この場合は、異物判定部１０７ｂの判定処理に所定の第３の基準値を用いる。異物判定部１０７ｂは、まず、上側強度および下側強度と第３の基準値とを比較する。異物判定部１０７ｂは、上側強度および下側強度の少なくとも一方が第３の基準値以下となった場合には、異物が存在することだけを判定結果とする。一方、上側強度および下側強度の両方が第３の基準値を超えた場合には、表１にしたがって判定処理を行う。このように構成することで、応答電波が受信感度限界以下となった場合に、異物の種類の判別はできないものの、異物が存在することは検知可能となる。
【００５４】
以上のように、本実施の形態の異物検知装置は、第１アンテナを介して第１アンテナの共振周波数の送信電波を送信する送信部と、第２アンテナを介して送信電波を受信し、所定のピーク周波数で周波数スペクトル強度が最大となりピーク周波数から周波数が離れるに従って周波数スペクトル強度が低下する応答信号を生成し、第２アンテナを介して応答信号を応答電波として放出する異物センサと、第１アンテナを介して応答電波を受信して異物応答信号を生成する受信部と、ピーク周波数より高い第１の周波数における異物応答信号の周波数スペクトル強度である上側強度を異物応答信号から抽出する上側強度抽出部と、ピーク周波数より低い第２の周波数における異物応答信号の周波数スペクトル強度である下側強度を異物応答信号から抽出する下側強度抽出部と、上側強度と下側強度とを用いて異物センサの周囲に存在する異物の有無と異物が誘電体であるか磁性体であるかとを判定する異物判定部とを備えるので、周辺に異物が存在する場合に、存在する異物が磁性体であるか誘電体であるかを判別することが可能となる。
【００５５】
実施の形態３．
実施の形態２で説明した送信部１０２ｂ、受信部１０３、および異物センサ２００ｂの動作は、ミラーサブキャリア方式のＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）リーダライタ装置およびＲＦＩＤタグと同様の動作となっている。この方式では、送信電波と異なる周波数である副搬送波周波数を用いる。ピーク周波数が、副搬送波周波数に相当する。したがって、ＲＦＩＤリーダライタ装置およびＲＦＩＤタグを用いて同様の効果を奏する構成を得ることができる。
【００５６】
図１７は、本発明の実施の形態３における異物検知装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態における異物検知装置と、実施の形態２における異物検知装置との差異は、ＲＦＩＤタグ２０５を含む異物センサ２００ｃに異物センサ２００ｂを置き換え、ＲＦＩＤリーダライタ１０８に送信部１０２ｂおよび受信部１０３を置き換えた点である。ＲＦＩＤタグ２０５は第２アンテナを備えている。ＲＦＩＤタグ２０５を備えた異物センサ２００ｃは、ＲＦＩＤタグ２０５の識別情報に基づいて変調された応答電波を放出する。
【００５７】
図１８は、本実施の形態の異物検知装置におけるＲＦＩＤリーダライタ１０８の構成を示すブロック図である。本実施の形態の異物検知装置において、ＲＦＩＤリーダライタ１０８は、一般的なミラーサブキャリア方式のＲＦＩＤリーダライタ装置と同様の構成となっている。ＲＦＩＤリーダライタ１０８は、ＲＦＩＤ制御部１０９と、送信部１０２ｃと、受信部１０３ｃと、局部発振器１１２と、サーキュレータ１１５とを備える。また、送信部１０２ｃは、変調回路１１０と、ローパスフィルタ１１１ａと、ミキサ１１３ａと、増幅器１１４ａとを備える。また、受信部１０３ｃは、復調回路１１６と、ローパスフィルタ１１１ｂと、ミキサ１１３ｂと、増幅器１１４ｂとを備える。
【００５８】
ＲＦＩＤ制御部１０９は、無変調のキャリア信号とＲＦＩＤタグ２０５の識別情報とを変調回路１１０に出力する。変調回路１１０は、ＲＦＩＤ制御部１０９から出力されたキャリア信号を識別情報で変調し、ローパスフィルタ１１１ａに出力する。変調方式としては、例えばＡＳＫ方式を用いることができる。ローパスフィルタ１１１ａは、変調回路１１０から入力された信号の高周波成分を除去する。局部発振器１１２は、搬送波周波数ｆｓの信号を生成する。搬送波周波数ｆｓは、第１アンテナ１０１のアンテナゲインが最大となる周波数と一致する。
【００５９】
ミキサ１１３ａは、ローパスフィルタ１１１ａから入力された信号に、局部発振器１１２から入力された搬送波周波数ｆｓの信号を混合することで、第１アンテナ１０１で送信可能な帯域の送信信号を生成する。増幅器１１４ａは、送信信号を増幅する。サーキュレータ１１５は、増幅器１１４ａからの信号を第１アンテナ１０１のみに通過する。したがって、増幅器１１４ａで増幅された送信信号は、第１アンテナ１０１を介して送信電波として放出される。
【００６０】
次に、第１アンテナ１０１で応答電波を受信すると、サーキュレータ１１５は、第１アンテナ１０１からの信号を増幅器１１４ｂのみに通過する。増幅器１１４ｂは、サーキュレータ１１５から入力された信号を増幅して異物応答信号を生成する。生成された異物応答信号は、ミキサ１１３ｂへと出力されるとともに、ＲＦＩＤリーダライタ１０８の外部の上側強度抽出部１０４および下側強度抽出部１０５へも出力される。ミキサ１１３ｂは、増幅器１１４ｂから入力された信号に、局部発振器１１２から入力された搬送波周波数ｆｓの信号を混合することで、ローパスフィルタ１１１ｂで透過可能な帯域の信号を生成する。
【００６１】
ローパスフィルタ１１１ｂは、ミキサ１１３ｂから入力された信号の高周波成分を除去する。復調回路１１６は、ローパスフィルタ１１１ｂから入力された信号をレベル判定して、ＲＦＩＤタグ２０５の識別情報を復調する。ＲＦＩＤ制御部１０９は、復調回路１１６からＲＦＩＤタグ２０５の識別情報を取得し、必要に応じて適正な識別情報か否かを判定する。以上のように、本実施の形態の異物検知装置における検知処理部１００ｃは、ＲＦＩＤタグ２０５の識別情報が付加されて変調された送信電波を送信する。また、本実施の形態の異物検知装置における検知処理部１００ｃは、応答電波から生成される異物応答信号を復調して、ＲＦＩＤタグ２０５の識別情報を得る。
【００６２】
本実施の形態の異物検知装置は、以上のように動作する。以上で説明した以外の動作は、実施の形態２における異物検知装置の動作と同様である。本実施の形態の異物検知装置は以上のように動作し、異物の有無を判別するとともに、存在する異物が磁性体であるか誘電体であるかを判別できる。また、本実施の形態の異物検知装置は、ＲＦＩＤタグ２０５の識別情報を用いているので、他の異物検知装置が接近して設置されているような場合においても、誤検知する可能性を抑制可能となる。
【００６３】
実施の形態４．
図１９は、本発明の実施の形態４における異物検知装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態における異物検知装置と、実施の形態３における異物検知装置との差異は、次の３点である。１点目は、複数のＲＦＩＤタグ２０５を並べて構成される異物センサ２００ｄに、異物センサ２００ｃを置き換えた点である。２点目は、検知処理部１００ｄにおいてＲＦＩＤリーダライタ１０８をＲＦＩＤリーダライタ１０８ｂに置き換えた点である。３点目は、検知処理部１００ｄに統合判定部１１７を備える点である。なお、図１９では、異物センサ２００ｄは、ＲＦＩＤタグ２０５を６枚備える例を示しているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、複数のＲＦＩＤタグ２０５を備えていればよい。
【００６４】
異物センサ２００ｄにおいて、複数のＲＦＩＤタグ２０５は、送信電波を受信すると、同時に応答電波を発することがないように互いにタイミングを調整して、順番に応答電波を送信する。なお、異物センサ２００ｄに備えられる複数のＲＦＩＤタグ２０５は、互いに異なる識別情報を有する。ＲＦＩＤタグ２０５は、それぞれの識別情報に基づいて変調された応答電波を放出する。検知処理部１００ｄは、順番に応答電波を受信する。このように、複数並べられたＲＦＩＤタグにＲＦＩＤリーダライタ装置から送信電波を一括で送信し、ＲＦＩＤタグでは受信した送信電波に対して順番に応答電波を送信する方式は、物流や図書の分野において、広く利用されている。この方式によれば、ＲＦＩＤリーダライタ装置で順番に応答電波を受信することで、複数の物体に貼り付けられたＲＦＩＤタグの情報を一括して読み取ることができる。
【００６５】
図２０は、本実施の形態の異物検知装置におけるＲＦＩＤリーダライタ１０８ｂの構成を示すブロック図である。本実施の形態におけるＲＦＩＤリーダライタ１０８ｂにおいては、ＲＦＩＤ制御部１０９ｂが復調回路１１６から取得したＲＦＩＤタグ２０５の識別情報をＲＦＩＤリーダライタ１０８ｂの外部に出力する。この点を除いて、ＲＦＩＤリーダライタ１０８ｂは、実施の形態３のＲＦＩＤリーダライタ１０８と同様に動作し、順番に受信された応答電波に対応して、異物応答信号および識別情報を順番に出力する。なお、ＲＦＩＤ制御部１０９ｂから出力された識別情報は、統合判定部１１７に入力される。
【００６６】
異物判定部１０７ｂは、異物応答信号に対して得られた異物の有無および異物の種類に関する判定結果を順番に出力する。統合判定部１１７は、異物判定部１０７ｂから順番に出力された判定結果を蓄積する。統合判定部１１７は、異物が存在するという判定結果が蓄積された判定結果に少なくとも一つ含まれていれば、異物が存在するとの検知結果を出力する。また、異物が存在すると検知された場合には、統合判定部１１７は、蓄積された判定結果に基づいて、誘電体の異物のみが存在するか、磁性体の異物のみが存在するか、誘電体の異物と磁性体の異物とが存在するか、を検知結果として出力する。
【００６７】
本実施の形態の異物検知装置は以上のように動作し、異物の有無を判別するとともに、存在する異物が磁性体であるか誘電体であるかを判別できる。本実施の形態の異物センサ２００ｄは、複数のＲＦＩＤタグ２０５を並べて構成されている。この結果、本実施の形態の異物検知装置では、異物検知が可能な範囲を広げることができる。また、本実施の形態の異物センサ２００ｄは、同じＲＦＩＤタグを並べるだけで構成可能であるため、安価に構成可能である。
【００６８】
なお、本実施の形態の異物検知装置において、異物センサ２００ｄが備える複数のＲＦＩＤタグ２０５のそれぞれに対して個別に、記憶部１０６が第１の基準値および第２の基準値を記憶するようにしてもよい。この場合には、異物判定部１０７ｂにも識別情報が入力され、異物判定部１０７ｂは、入力された識別情報に対応する第１の基準値および第２の基準値を記憶部１０６から読み出すことになる。このように構成することによって、ＲＦＩＤタグ２０５の配置に起因して、ＲＦＩＤリーダライタ１０８ｂが受信する応答電波の強度がＲＦＩＤタグ２０５ごとに異なる場合にも、受信強度の違いを吸収することができる。
【００６９】
また、本実施の形態の異物検知装置において、統合判定部１１７は、異物が存在する位置も出力するように構成されてもよい。この場合には、統合判定部１１７は、蓄積された判定結果と識別情報とを対応付け、どのＲＦＩＤタグ２０５の周辺に異物が存在するかを判定する。また、本実施の形態の異物検知装置において、統合判定部１１７は、異物が存在すると判定されたＲＦＩＤタグ２０５の個数を算出してもよい。この場合には、異物センサ２００ｄ上で異物が占める面積を算出することができ、異物の大きさを推測することもできる。
【００７０】
さらに、本実施の形態の異物検知装置において、異物判定部１０７ｂが、上側強度もしくは下側強度の変化量を算出して出力し、統合判定部１１７が、異物センサ２００ｄ上で異物が占める面積で、上側強度もしくは下側強度の変化量を除算してもよい。この場合には、存在する異物の透磁率または誘電率を推定することも可能になる。この推定に使用する上側強度もしくは下側強度は、例えば、複数のＲＦＩＤタグ２０５に対する値の平均値を使用することができる。
【００７１】
実施の形態５．
図２１は、本発明の実施の形態５における非接触給電装置の構成を示すブロック図である。図２１に示す非接触給電装置は、図１に示す実施の形態１における異物検知装置と、送電コイル３０１と、給電制御部３０２と、受電コイル４０１と、蓄電池４０２とを備える。異物センサ２００は、例えば、送電コイル３０１の付近、受電コイル４０１の付近、または送電コイル３０１と受電コイル４０１との間に設置される。給電を開始する前に、まず給電制御部３０２が、検知処理部１００の送信部１０２に、異物検知指令を送信する。送信部１０２は、異物検知指令を受けた後に送信電波を送信する。以後、異物判定部１０７が判定結果を検知結果として出力するまでの処理は、実施の形態１で述べた通りである。検知結果は、給電制御部３０２に入力される。
【００７２】
異物が存在しないとの検知結果が得られた場合には、給電制御部３０２は、送電コイル３０１への電力の出力を開始する。送電コイル３０１に出力された電力は、マイクロ波として送電コイル３０１から受電コイル４０１へと送られ、受電コイル４０１で受けた電力は蓄電池４０２に蓄積される。一方、異物が存在するとの検知結果が得られた場合には、給電制御部３０２は、送電コイル３０１に電力を出力しない。この時、存在する異物が誘電体であると判定されていれば、異物は動物である可能性が考えられるため、給電制御部３０２に警報機能を設け、警報音によって動物を除去するようにしてもよい。
【００７３】
本実施の形態の非接触給電装置によれば、検知された異物の種類によって制御を分離することが可能となる。本実施の形態の非接触給電装置によれば、例えば、磁性体の異物が存在する場合には、異常発熱を防止するために即座に給電を停止し、誘電体の異物が存在する場合には、警報装置を作動して異物を除去するような処理が可能となる。この結果、
本実施の形態の非接触給電装置によれば、給電に用いられるマイクロ波が異物に影響を与えないように給電を制御することが可能になる。例えば、金属の異物に対しては、異物に与える影響としてマイクロ波による異常発熱が考えられる。一方、動物に対しては、異物に与える影響として電磁波曝露が考えられる。
【００７４】
また、本実施の形態の非接触給電装置において、給電中には給電制御部３０２から一定時間間隔で異物検知指令を送信して、検知結果を一定時間間隔で得るようにしてもよい。異物が存在しないとの検知結果が得られている間は、給電を続けることができる。給電中に異物が混入することで、異物が存在するとの検知結果が得られた場合、給電制御部３０２は電力の出力を停止する。この時、存在する異物が誘電体であると判定されていれば、動物である可能性が考えられるため、給電装置３０２に警報機能を設け、警報音によって動物を除去するようにしてもよい。
【００７５】
なお、図２１では、実施の形態１における異物検知装置を用いた非接触給電装置の例を示したが、他の実施の形態における異物検知装置を用いても非接触給電装置を構成できる。図２２は、本発明の実施の形態５における非接触給電装置の別の構成を示すブロック図である。図２２に示す非接触給電装置は、図１９に示す実施の形態４における異物検知装置を用いたものである。図２２に示す非接触給電装置は、給電制御部３０２からの異物検知指令がＲＦＩＤリーダライタ１０８ｂに入力され、ＲＦＩＤリーダライタ１０８ｂが送信電波を送信する点を除いて、図２１に示す非接触給電装置と同様に動作する。
【符号の説明】
【００７６】
１００、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ  検知処理部、１０１  第１アンテナ、１０２、１０２ｂ、１０２ｃ  送信部、１０３、１０３ｃ  受信部、１０４  上側強度抽出部、１０５  下側強度抽出部、１０６  記憶部、１０７、１０７ｂ  異物判定部、１０８、１０８ｂ  ＲＦＩＤリーダライタ、１０９、１０９ｂ  ＲＦＩＤ制御部、１１０  変調回路、１１１ａ、１１１ｂ  ローパスフィルタ、１１２  局部発振器、１１３ａ、１１３ｂ  ミキサ、１１４ａ、１１４ｂ  増幅器、１１５  サーキュレータ、１１６  復調回路、１１７  統合判定部、２００、２００ｂ、２００ｃ、２００ｄ  異物センサ、２０１  第２アンテナ、２０２  電源回路、２０３  制御回路、２０４  変調回路、２０５  ＲＦＩＤタグ、３０１  送電コイル、３０２  給電制御部、４０１  受電コイル、４０２  蓄電池。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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