JP6541120B1

JP6541120B1 - カード型無線装置

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Publication number: JP6541120B1
Application number: JP2019008712A
Authority: JP
Inventors: 高明森田
Original assignee: Social Area Networks Co Ltd
Current assignee: Social Area Networks Co Ltd
Priority date: 2019-01-22
Filing date: 2019-01-22
Publication date: 2019-07-10
Anticipated expiration: 2039-01-22
Also published as: JP2020120226A

Abstract

【課題】バッテリーを搭載する場合に比べて維持管理の手間を削減できるとともに、所望のアンテナ特性を得やすいカード型無線装置を提供する。
【解決手段】カード型無線装置１は、第１アンテナ２０１及び第２アンテナ２０２が設けられた回路基板５０と、回路基板５０の表側の面を覆う表カバー６１と、回路基板５０の裏側の面を覆う裏カバー６２と、板状のソーラーパネル３１０とを有する。第１アンテナ２０１及び第２アンテナ２０２とソーラーパネル３１０とが、回路基板５０の表側の面に配置されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、無線通信機能を備えたカード型無線装置に関するものである。

無線通信機能を備えたカード型無線装置として、ＲＦＩＤなどの近距離無線通信の機能を備えたＩＣカードが一般的に知られている。また、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（商標）の低消費電力の近距離通信技術であるＢＬＥ（Bluetooth Low Energy）を利用して位置検出や情報配信などを行うビーコン通信の機能を備えたカード型の装置も実用化されている。

ＲＦＩＤの一種であるＩＣタグは、リーダー装置からの電波による微小な電力で動作可能であるが、一般的な無線通信回路は、より大きな電力を供給しなければ動作しない。例えばＢＬＥの無線通信回路は、比較的小さい消費電力で動作するものの、電波により収集される微小な電力だけでは動作困難である。そのため、ＢＬＥの無線通信回路をカード型無線装置に搭載する場合は、電源供給用のバッテリーも併せて搭載する必要がある。しかしながら、バッテリーを搭載したカード型無線装置は、バッテリーの充電や交換などの維持管理が必要になるため、維持管理のためのコストが大きいという不利益がある。

他方、カード型無線装置は全体的に薄く小型であるため、アンテナの特性が周囲の物体（人体など）の影響を受けやすく、所望の特性を得ることが難しいという不利益がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、バッテリーを搭載する場合に比べて維持管理の手間を削減できるとともに、所望のアンテナ特性を得やすいカード型無線装置を提供することにある。

本発明の一態様に係るカード型無線装置は、１以上のアンテナが設けられた回路基板と、回路基板の表側の面を覆う表カバーと、回路基板の裏側の面を覆う裏カバーと、板状のソーラーパネルとを有し、アンテナとソーラーパネルとが、回路基板の表側の面に配置されている。

上記カード型無線装置は、回路基板の表側の面に配置された板状の電子ペーパーを有する。

また、上記カード型無線装置は、ワイヤレス電力伝送用のコイルと、コイルを通じて供給される電気エネルギー、及び、ソーラーパネルにおいて発電される電気エネルギーを蓄積するキャパシタとを有し、コイルは、回路基板の裏側の面に配置される。

好適に、アンテナと表カバーとの間に隙間が形成されている。

好適に、２つのアンテナが、回路基板の２つの隣接した角に配置され、ソーラーパネル又は電子ペーパーが、２つの隣接した角の間において回路基板の縁に面した場所に配置される。

好適に、回路基板は、矩形の形状を持ち、ソーラーパネル及び電子ペーパーの一方が、矩形の形状における１つの辺に面した場所に配置され、ソーラーパネル及び電子ペーパーの他方が、矩形の形状において前記１つの辺に対向する他の１つの辺に面した場所に配置される。

好適に、回路基板の平面視において、アンテナが配置される表側の面の領域と重なる裏側の面の領域は、電子部品が配置されない未実装領域となっている。

好適に、上記カード型無線装置は、キャパシタに蓄積された電気エネルギーにより動作し、１以上のアンテナにおいて無線通信を行う１以上の無線通信部を含んだ回路部と、キャパシタから回路部へ電力を供給する経路に設けられた第１スイッチと、キャパシタの電圧が第１しきい電圧を超える場合に第１スイッチをオンし、キャパシタの電圧が第１しきい電圧より低い第２しきい電圧を下回る場合に第１スイッチをオフする第１スイッチ制御部とを有する。回路部は、キャパシタから供給される電力に基づいて起動した場合、１以上の無線通信部において無線通信を行うことを含む第１処理を実行し、第１処理の実行後、シャットダウン信号を出力する処理部を含み、第１スイッチ制御部は、処理部から出力されるシャットダウン信号に応じて第１スイッチをオフする。

好適に、上記カード型無線装置は、コイルを通じて伝送される電気エネルギーによりキャパシタが充電されるワイヤレス充電状態か否かを判定する判定部を有する。処理部は、判定部においてワイヤレス充電状態でないと判定される場合、第１処理を実行し、判定部においてワイヤレス充電状態であると判定される場合、電子ペーパーの書き換えが可能な第２処理を実行する。

好適に、上記カード型無線装置は、ソーラーパネルからキャパシタへ電力を供給する経路に設けられた第２スイッチと、キャパシタの電圧が第３しきい電圧を超える場合に第２スイッチをオフし、キャパシタの電圧が第４しきい電圧を下回る場合に第２スイッチをオンする第２スイッチ制御部とを有する。第３しきい電圧は、第１しきい電圧より高い電圧であり、第４しきい電圧は、第３しきい電圧より低く第１しきい電圧より高い電圧である。

本発明によれば、バッテリーを搭載する場合に比べて維持管理の手間を削減できるとともに、所望のアンテナ特性を得やすいカード型無線装置を提供できる。

図１は、本実施形態に係るカード型無線装置の構成の一例を示す図である。図２Ａ〜図２Ｃは、第１スイッチ及び第２スイッチのオンオフ状態に応じた回路部の動作状態を説明するための図である。図３Ａ〜図３Ｂは、第１スイッチ及び第２スイッチのオンオフ状態に応じた回路部の動作状態を説明するための図である。図４Ａは、カード型無線装置の外観の一例を示す斜視図であり、図４Ｂは、カード型無線装置の内部構造の一例を示す拡大断面図である。図５は、回路基板の表側の面における部品とアンテナの配置の一例を示す図である。図６は、回路基板の裏側の面における部品の配置の一例を示す図である。

図１は、本実施形態に係るカード型無線装置１の構成の一例を示す図である。図１に示すカード型無線装置１は、ソーラーパネル３１０と、ワイヤレス電力伝送用のコイル３２０と、整流部３２１と、キャパシタ３３０と、第１スイッチ３４１と、第２スイッチ３４２と、第１スイッチ制御部３５１と、第２スイッチ制御部３５２と、判定部３６０と、回路部１００と、第１アンテナ２０１と、第２アンテナ２０２とを有する。

ソーラーパネル３１０は、太陽光や室内灯などの光を受けて発電するソーラーセルを有した板状の部品であり、第２スイッチ３４２を介してキャパシタ３３０に直流電流を出力する。ソーラーパネル３１０は、後述する回路基板５０（図４Ｂ）の表側の面に配置される。

コイル３２０は、近接して配置されたワイヤレス給電装置（不図示）の送電側コイルとの間で電力を伝送する。送電側コイルにおいて交流磁界が発生すると、コイル３２０には交流磁界に応じた交流電流が流れる。整流部３２１は、コイル３２０に流れる交流電流を整流してキャパシタ３３０に出力する。コイル３２０は、回路基板５０（図４Ｂ）に導体パターンとして形成されてもよいし、ディスクリート部品として回路基板５０に実装されてもよい。コイル３２０は、回路基板５０の裏側の面に配置される。

判定部３６０は、ワイヤレス電力伝送用のコイル３２０を通じて伝送される電気エネルギーによりキャパシタ３３０が充電されるワイヤレス充電状態か否かを判定する。例えば判定部３６０は、コイル３２０に生じる交流電流や交流電圧のレベルを検出し、検出したレベルが所定のしきい値を超える場合にワイヤレス充電状態と判定する。

キャパシタ３３０は、ソーラーパネル３１０において発電される電気エネルギー、及び、ワイヤレス電力伝送用のコイル３２０を通じて伝送される電気エネルギーを蓄積する。キャパシタ３３０は、薄い板状の形状を持っており、ソーラーパネル３１０と共に回路基板５０の表側の面に配置される。

回路部１００は、キャパシタ３３０に蓄積された電気エネルギーにより動作する電子回路を含んでおり、図１の例では、電源部１０１と、ＬＰＷＡ通信部１１１と、ＢＬＥ通信部１１２と、処理部１２１と、記憶部１２２と、入出力部１２３と、電子ペーパー１３０とを含む。

電源部１０１は、キャパシタ３３０から供給される電圧に基づいて一定の電源電圧を発生し、回路部１００の各電子回路に供給する。

ＬＰＷＡ通信部１１１は、例えばＬｏＲａ（商標）などのＬＰＷＡ（low power wide area）型の通信を行う装置であり、周波数帯域としてサブＧＨｚ帯（例えば９２０ＭＨｚ）を用いる。ＬＰＷＡ通信部１１１による伝送距離は１〜２ｋｍ程度であり、後述するＢＬＥ通信部１１２に比べて長距離の通信が可能である。ＬＰＷＡ通信部１１１は、第１アンテナ２０１により無線通信を行う。

ＢＬＥ通信部１１２は、屋内などに配置された通信機との間でＢＬＥ規格に基づくビーコン通信を行う。ＢＬＥ通信部１１２による伝送距離は数ｍ〜数十ｍであり、ＬＰＷＡ通信部１１１に比べて通信可能な距離が短い。ＢＬＥ通信部１１２が使用する周波数帯域は２．４ＧＨｚであり、ＬＰＷＡ通信部１１１に比べて周波数が高い。ＢＬＥ通信部１１２は、第２アンテナ２０２により無線通信を行う。

電子ペーパー１３０は、無電力若しくは微小な電力で画像の表示を保持することが可能な表示デバイスであり、板状の形状を持つ。電子ペーパー１３０は、回路基板５０の表側の面に配置される。

処理部１２１は、カード型無線装置１の各部の動作を統括的に制御する装置であり、例えば記憶部１２２に格納されるプログラムの命令コードに従って処理を実行する１以上のコンピュータを含む。処理部１２１は、全ての処理をコンピュータのプログラムに従って実行してもよいし、少なくとも一部の処理を専用のハードウェア（ＦＰＧＡなど）により実行してもよい。

処理部１２１は、キャパシタ３３０から供給される電力に基づいて起動した場合、ＬＰＷＡ通信部１１１及びＢＬＥ通信部１１２において無線通信を行うことを含む第１処理を実行する。処理部１２１は、この第１処理を実行した後、シャットダウン信号を出力する。

また処理部１２１は、判定部３６０においてワイヤレス充電状態でないと判定される場合に、上述した第１処理を実行する。判定部３６０においてワイヤレス充電状態であると判定される場合、処理部１２１は、電子ペーパー１３０の書き換えや記憶部１２２のプログラムのアップデートなどが可能な第２処理を実行する。第２処理は第１処理に比べて実行時の消費電力が大きいため、処理部１２１は、ワイヤレス給電装置から常時電力が供給された状態となるワイヤレス充電状態において第２処理を実行する。

記憶部１２２は、処理部１２１における処理の実行過程で一時的に保存されるデータや、特定の処理において繰り返し利用される定数データ、処理部１２１のコンピュータにおいて実行されるプログラムなどを記憶する。記憶部１２２は、例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリなどの半導体メモリを含む。

入出力部１２３は、処理部１２１と他の回路との間で信号を入出力するための回路である。例えば入出力部１２３は、処理部１２１が発生したシャットダウン信号を第１スイッチ制御部３５１へ出力し、判定部３６０の判定結果を示す信号を処理部１２１に入力する。

第１スイッチ３４１は、キャパシタ３３０から回路部１００（電源部１０１）へ電力を供給する経路に設けられており、第１スイッチ制御部３５１の制御に従ってオン又はオフする。第１スイッチ３４１は、例えばトランジスタなどのスイッチ素子を含む。

第１スイッチ制御部３５１は、キャパシタ３３０の電圧Ｖｃが第１しきい電圧Ｖｔ１を超える場合に第１スイッチ３４１をオンし、キャパシタ３３０の電圧Ｖｃが第２しきい電圧Ｖｔ２（Ｖｔ２＜Ｖｔ１）を下回る場合に第１スイッチ３４１をオフする。また第１スイッチ制御部３５１は、処理部１２１から出力されるシャットダウン信号に応じて第１スイッチ３４１をオフする。

第２スイッチ３４２は、ソーラーパネル３１０からキャパシタ３３０へ電力を供給する経路に設けられており、第２スイッチ制御部３５２の制御に従ってオン又はオフする。第１スイッチ３４１は、例えばトランジスタなどのスイッチ素子を含む。

第２スイッチ制御部３５２は、キャパシタ３３０の電圧Ｖｃが第３しきい電圧Ｖｔ３を超える場合に第２スイッチ３４２をオフし、キャパシタ３３０の電圧Ｖｃが第４しきい電圧Ｖｔ４（Ｖｔ４＜Ｖｔ３）を下回る場合に第２スイッチ３４２をオンする。

第１スイッチ制御部３５１及び第２スイッチ制御部３５２のしきい電圧（Ｖｔ１〜Ｖｔ４）は、以下の関係を有する。
Ｖｔ３＞Ｖｔ４＞Ｖｔ１＞Ｖｔ２ …（１）

ここで、図１に示すカード型無線装置１の動作について、図２Ａ〜図２Ｃ及び図３Ａ〜図３Ｂを参照して説明する。図２Ａ〜図２Ｃ及び図３Ａ〜図３Ｂは、第１スイッチ３４１及び第２スイッチ３４２のオンオフ状態に応じた回路部１００の動作状態を説明するための図である。図２Ａ〜図２Ｃはワイヤレス給電が行われていない場合を示し、図３Ａ〜図３Ｂはワイヤレス給電が行われている場合を示す。

（ワイヤレス給電が行われていない場合）
図２Ａは、第１スイッチ３４１がオフし、第２スイッチ３４２がオンした状態を示す。キャパシタ３３０の電圧Ｖｃが第１しきい電圧Ｖｔ１に比べて低い場合（Ｖｔ１＞Ｖｃ）、第１スイッチ制御部３５１及び第２スイッチ制御部３５２は、図２Ａに示すスイッチ状態を維持する。第１スイッチ３４１がオフしているため、回路部１００の各回路の動作は停止している。また、第２スイッチ３４２がオンしているため、ソーラーパネル３１０により発電された電気エネルギーがキャパシタ３３０に供給され、キャパシタ３３０の電圧Ｖｃが上昇する。

キャパシタ３３０の電圧Ｖｃが第１しきい電圧Ｖｔ１より高くなると、第１スイッチ制御部３５１が第１スイッチ３４１をオンするため、図２Ｂに示すスイッチ状態となる。キャパシタ３３０の電圧Ｖｃが第２しきい電圧Ｖｔ２より高く第３しきい電圧Ｖｔ３より低い場合（Ｖｔ３＞Ｖｃ＞Ｖｔ２）、第１スイッチ制御部３５１及び第２スイッチ制御部３５２は、図２Ｂに示すスイッチ状態を維持する。

第１スイッチ３４１がオンすると、電源部１０１から回路部１００の各回路に電源が供給され、処理部１２１が起動する。起動した処理部１２１は、判定部３６０の判定結果を確認し、ワイヤレス充電状態でないと判定されている場合に第１処理を実行する。例えば処理部１２１は、ＢＬＥ通信部１１２においてビーコン通信を行い、屋内などの所定の場所に設置された他のＢＬＥ通信機（ビーコン発信機）からの受信信号の強度に基づく位置情報を取得する。処理部１２１は、位置情報を取得すると、ＢＬＥ通信部１１２の動作を停止させ、ＬＰＷＡ通信部１１１を起動させる。そして処理部１２１は、ビーコン通信により取得した位置情報を、ＬＰＷＡ通信部１１１の無線通信によってＬＰＷＡ基地局に送信する。ＬＰＷＡ基地局は、ＬＰＷＡ通信部１１１から送信された位置情報を、インターネットなどの通信ネットワークを介してサーバ装置に送信する。これにより、処理部１２１が第１処理を実行する度に、カード型無線装置１の位置情報を遠隔地のサーバ装置へ送信することが可能となる。

処理部１２１は、第１処理を実行した後、第１スイッチ制御部３５１にシャットダウン信号を出力する。シャットダウン信号を入力した第１スイッチ制御部３５１は、第１スイッチ３４１をオフする。これにより、スイッチ状態は図２Ａに示す状態に戻る。第１処理を実行したことによってキャパシタ３３０の電圧Ｖｃが第１しきい電圧Ｖｔ１より低くなっていると、図２Ａに示すスイッチ状態が維持され、ソーラーパネル３１０によりキャパシタ３３０が再び充電される。そして、キャパシタ３３０の電圧Ｖｃが第１しきい電圧Ｖｔ１より高くなると、再び図２Ｂに示すスイッチ状態となり、処理部１２１が第１処理を実行する。従って、ワイヤレス充電状態でない場合、カード型無線装置１は、ソーラーパネル３１０によってキャパシタ３３０を充電する動作（図２Ａ）と、処理部１２１によって第１処理を実行する動作（図２Ｂ）とを交互に繰り返す。

ソーラーパネル３１０の発電量が大きくなるほど、図２Ａに示すスイッチ状態においてキャパシタ３３０の電圧Ｖｃの上昇のスピードが速くなるため、図２Ａに示すスイッチ状態の期間が短くなり、第１処理の繰り返し間隔が短くなる。逆に、ソーラーパネル３１０の発電量が小さくなるほど第１処理の繰り返し間隔が長くなる

なお、ソーラーパネル３１０の発電量が大きくなると、キャパシタ３３０の電圧Ｖｃが回路部１００の定格電圧を超える可能性がある。そこで第２スイッチ制御部３５２は、キャパシタ３３０の電圧Ｖｃが第３しきい電圧Ｖｔ３を超える場合、図２Ｃに示すように第２スイッチ３４２をオフする。第２スイッチ制御部３５２は、キャパシタ３３０の電圧Ｖｃが第４しきい電圧Ｖｔ４より高い間（Ｖｃ＞Ｖｔ４）、第２スイッチ３４２をオフ状態に維持する。第２スイッチ３４２がオフすると、ソーラーパネル３１０による充電が行われなくなるため、キャパシタ３３０の電圧Ｖｃが低下する。キャパシタ３３０の電圧Ｖｃが第４しきい電圧Ｖｔ４を下回ると、第２スイッチ制御部３５２が第２スイッチ３４２をオンし、図２Ｂに示すスイッチ状態に戻る。そして、ソーラーパネル３１０による充電によりキャパシタ３３０の電圧Ｖｃが第３しきい電圧Ｖｔ３を超えると、第２スイッチ制御部３５２が再び第２スイッチ３４２をオフし、ソーラーパネル３１０による充電が停止する。このような動作が繰り返されることにより、キャパシタ３３０の電圧Ｖｃが第３しきい電圧Ｖｔ３を超えて上昇し難くなるため、キャパシタ３３０の電圧Ｖｃが回路部１００の定格電圧を超えることを防止できる。

（ワイヤレス給電が行われている場合）
ワイヤレス給電装置によりワイヤレス給電が行われる場合、図３Ａ及び図３Ｂにおいて実線で示すように、主としてワイヤレス電力伝送用のコイル３２０からキャパシタ３３０へ電力が供給される。図３Ａに示すように第１スイッチ３４１がオフした状態で、ワイヤレス給電によりキャパシタ３３０が充電されると、キャパシタ３３０の電圧Ｖｃが第１しきい電圧Ｖｔ１より高くなり、図３Ｂに示すように第１スイッチ３４１がオンする。第１スイッチ３４１がオンすると、回路部１００の各回路に電源が供給されて、処理部１２１が起動する。処理部１２１が起動したとき、判定部３６０の判定結果がワイヤレス充電状態を示すため、処理部１２１は第２処理を実行する。

第２処理では、電子ペーパー１３０の表示画像の書き換えや、記憶部１２２に記憶されるプログラムの更新、環境設定の変更などを行うことが可能となる。例えば処理部１２１は、第２処理を実行する場合、ＢＬＥ通信部１１２によって任意の携帯端末装置（スマートフォンなど）と無線通信を行う。処理部１２１は、所定のプログラム（アプリ）を使って携帯端末装置から送信されるコマンドをＢＬＥ通信部１１２により受信し、受信したコマンドに応じた種々の処理（電子ペーパー１３０の書き換えなど）を行う。

ワイヤレス給電は、ソーラーパネル３１０による発電に比べて電力の供給能力が高い。そのため、ワイヤレス電力伝送用のコイル３２０から定常的に電力が供給されるワイヤレス充電状態では、電子ペーパー１３０の書き換えのような比較的消費電力の大きい処理を実行しても、キャパシタ３３０の電圧Ｖｃの低下を抑制可能であり、回路部１００へ安定的に電力を供給することができる。

次に、カード型無線装置１の構造について説明する。図４Ａは、カード型無線装置１の外観の一例を示す斜視図である。図４Ｂは、カード型無線装置１の内部構造の一例を示す拡大断面図である。図５は、回路基板５０の表側の面における部品とアンテナ（第１アンテナ２０１，第２アンテナ２０２）の配置の一例を示す図である。図６は、回路基板５０の裏側の面における部品の配置の一例を示す図である。本実施形態に係るカード型無線装置１は、図４Ａに示すように、クレジットカードなどの一般的なカードの形状（矩形の薄い板形状）を持っている。カード型無線装置１の内部には、ソーラーパネル３１０や電子ペーパー１３０などの電子部品を搭載した回路基板５０が含まれる。

図４Ａ〜図４Ｂ、図５、図６の例では、カード型無線装置１を基準とする互いに直交した３つの方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ）が規定されている。Ｘ方向は、互いに逆向きのＸ１方向及びＸ２方向を含む。Ｙ方向は、互いに逆向きのＹ１方向及びＹ２方向を含む。Ｚ方向は、互いに逆向きのＺ１方向及びＺ２方向を含む。Ｚ１側は表側とも呼ばれ、Ｚ２側は裏側とも呼ばれる。回路基板５０の表側の面及び裏側の面は、Ｚ方向に対して垂直である。図５及び図６は、回路基板５０を表側から見た図である。ただし、図６は、回路基板５０の裏側の面における部品や領域を表側から透視しているように図解したものである。

回路基板５０は、図４Ｂに示すように、表側の面が表カバー６１により覆われ、裏側の面が裏カバー６２により覆われている。表カバー６１は接着層４１によって回路基板５０の表側の面に接着され、裏カバー６２は接着層４２によって回路基板５０の裏側の面に接着される。図４Ｂに示すように、回路部１００を構成するＩＣチップなどの回路部品７０は、主として回路基板５０の裏側の面に配置される。回路基板５０は、例えば多層基板であり、図４Ｂの例では４つの層（５１〜５４）を持つ。第１層５１が表側に位置し、第４層５４が裏側に位置し、第１層５１と第４層５４との間に第２層５２及び第３層５３が位置する。

表カバー６１は、例えば透明な材料（合成樹脂など）で形成される。表カバー６１は、ソーラーパネル３１０や電子ペーパー１３０が位置する場所（図４Ａの点線で表す場所）では透明になっているが、他の場所では印刷処理などによって不透明になっている。

回路基板５０は、図５及び図６に示すように、カード型無線装置１の外形とほぼ同じ矩形の形状を持つ。図５及び図６において、「５０１」及び「５０２」は矩形形状の短辺を示し、「５０３」及び「５０４」は矩形形状の長辺を示す。また、「５１１」は短辺５０１と長辺５０３とが交わる角を示し、「５１２」は短辺５０１と長辺５０４とが交わる角を示し、「５１３」は短辺５０２と長辺５０４とが交わる角を示し、「５１４」は短辺５０２と長辺５０３とが交わる角を示す。短辺５０１及び５０２はＹ方向に対して平行であり、短辺５０１が短辺５０２よりＸ１側に位置する。長辺５０３及び５０４はＸ方向に対して平行であり、長辺５０３が長辺５０４よりＹ１側に位置する。

第１アンテナ２０１及び第２アンテナ２０２は、図５に示すように回路基板５０の表側の面に設けられており、例えば回路基板５０の第１層５１に導体パターンとして形成される。

これらのアンテナ（第１アンテナ２０１、第２アンテナ２０２）と表カバー６１との間には、図４Ｂに示すような隙間８０が形成される。隙間８０は、アンテナを構成する導体パターンに沿って形成されてもよいし、導体パターンを含んだ回路基板５０の一定の範囲に広がって形成されてもよい。アンテナと表カバー６１との間に隙間８０が存在することにより、接着層４１などの構成部材がアンテナに近接する物体（誘電体など）としてアンテナの特性に影響を与え難くなるため、所望のアンテナの特性が得られやすくなる。

図５の例において、ＬＰＷＡ通信部１１１の第１アンテナ２０１は、回路基板５０の角５１１に配置される。第１アンテナ２０１は、回路基板５０の角５１１に沿ってＬ字状に曲がっているとともに、回路基板５０の縁（短辺５０１）に沿った方向（Ｙ２方向）から当該縁（短辺５０１）に対して離れる方向（Ｘ２方向）へＬ字状に曲っている。すなわち第１アンテナ２０１は、長辺５０３に沿って伸びた導体部分２０１Ｃと、短辺５０１に沿って伸びた導体部分２０１Ｂと、短辺５０１から離れる方向に伸びた導体部分２０１Ａとを有している。導体部分２０１Ｂの一端と導体部分２０１Ｃの一端とが角５１１においてＬ字状に交わり、導体部分２０１Ｂの他端と導体部分２０１Ａの一端とが短辺５０１の中間部においてＬ字状に交わっている。ＬＰＷＡ通信部１１１の送信出力及び受信入力は、導体部分２０１Ａの他端に接続される。

また図５の例において、ＢＬＥ通信部１１２の第２アンテナ２０２は、回路基板５０の角５１４に配置される。第２アンテナ２０２は、回路基板５０の角５１４に沿ってＬ字状に曲っている。すなわち第２アンテナ２０２は、長辺５０３に沿って伸びた導体部分２０２Ｂと、短辺５０２に沿って伸びた導体部分２０２Ａとを有しており、導体部分２０２Ｂの一端と導体部分２０２Ａの一端とが角５１４においてＬ字状に交わっている。ＢＬＥ通信部１１２の送信出力及び受信入力は、導体部分２０２Ａの他端に接続される。

図５に示すように、ソーラーパネル３１０及び電子ペーパー１３０は、回路基板５０の表側の面に配置される。電子ペーパー１３０は、２つのアンテナ（第１アンテナ２０１、第２アンテナ２０２）が配置される２つの隣接した角（角５１１、５１４）の間において、回路基板５０の縁（長辺５０３）に面した場所に配置される。ソーラーパネル３１０は、長辺５０３に対向する長辺５０４に面した場所に配置される。

また図５の例において、薄い板状の部品であるキャパシタ３３０も、回路基板５０の表側の面に配置される。キャパシタ３３０は、長辺５０４と短辺５０２とに面しており、ソーラーパネル３１０は、長辺５０４と短辺５０１とに面している。

図６における「Ｂ１」は、回路基板５０の平面視において第１アンテナ２０１が配置される表側の面の領域と重なる裏側の面の領域を示す。また、図６における「Ｂ２」は、回路基板５０の平面視において第２アンテナ２０２が配置される表側の面の領域と重なる裏側の面の領域を示す。この領域Ｂ１、Ｂ２は、電子部品７０が配置されない未実装領域となっており、導体パターンも形成されない。これにより、電子部品７０や導体パターンがアンテナの特性に影響を与え難くなるため、所望のアンテナの特性が得られやすくなる。

図６における「Ａ１」「Ａ２」は、電子部品７０が配置される領域を示す。ワイヤレス電力伝送用のコイル３２０は、図６に示すように、回路基板５０の裏側の面に配置される。図６の例において、コイル３２０は長辺５０４に近い場所に配置される。

上述した構成を有するカード型無線装置１によれば、次に述べるような効果が得られる。

（１）本実施形態に係るカード型無線装置１では、ソーラーパネル３１０により発電された電力に基づいて、ＬＰＷＡ通信部１１１やＢＬＥ通信部１１２による無線通信が行われる。これにより、バッテリーの充電や交換を行う必要がないため、バッテリーを搭載した従来のカード型無線装置に比べて維持管理の手間を大幅に削減できる。

（２）本実施形態に係るカード型無線装置１では、アンテナ（第１アンテナ２１０、第２アンテナ２２０）とソーラーパネル３１０とが回路基板５０の同一の面（表側の面）に配置される。そのため、カード型無線装置１の表側付近に遮光物がない状態とした場合、アンテナ（第１アンテナ２１０、第２アンテナ２２０）の特性に影響を与え得る物体（人体など）も回路基板５０の表側付近に位置しない状態となり、所望のアンテナ特性を得やすくなる。すなわち、ソーラーパネル３１０の受光面付近に遮光物が位置しない状態とすることで、ソーラーパネル３１０における発電量を高めつつ、アンテナ（第１アンテナ２１０、第２アンテナ２２０）において所望の特性を得やすくすることができる。

（３）本実施形態に係るカード型無線装置１では、アンテナ（第１アンテナ２１０、第２アンテナ２２０）が設けられた回路基板５０の表側の面に、板状のソーラーパネル３１０が配置される。これにより、回路基板５０の表側の面を覆う表カバー６１とアンテナ（第１アンテナ２１０、第２アンテナ２２０）とを、少なくとも板状のソーラーパネル３１０の厚み分だけ安定的に離間させることができる。表カバー６１とアンテナ（第１アンテナ２１０、第２アンテナ２２０）とが離間することによって、表カバー６１の電気的特性（誘電率など）がアンテナ（第１アンテナ２１０、第２アンテナ２２０）の特性に影響を与え難くなるため、アンテナ（第１アンテナ２１０、第２アンテナ２２０）において所望の特性を得やすくなる。

（４）本実施形態に係るカード型無線装置１では、回路基板５０の表側の面に電子ペーパー１３０が配置される。そのため、ソーラーパネル３１０の受光面付近に遮光物が位置しない状態とすることで、ソーラーパネル３１０における発電量を高めつつ、アンテナ（第１アンテナ２１０、第２アンテナ２２０）において所望の特性を得やすくすることができるとともに、電子ペーパー１３０の表示画像を視認しやすくすることができる。また、電子ペーパー１３０が板状であることにより、表カバー６１とアンテナ（第１アンテナ２１０、第２アンテナ２２０）とをより安定的に離間させることが可能となる。

（５）本実施形態に係るカード型無線装置１では、ソーラーパネル３１０において発電される電気エネルギーを蓄積するためのキャパシタ３３０において、ワイヤレス電力伝送用のコイル３２０を通じて伝送される電気エネルギーも蓄積される。そのため、バッテリーに比べて静電容量が小さいキャパシタ３３０を用いながら、電子ペーパー１３０の書き換え処理のような比較的大きな電力を要する処理を実行できる。

（６）本実施形態に係るカード型無線装置１では、回路基板５０の裏側の面にワイヤレス電力伝送用のコイル３２０が配置されている。そのため、カード型無線装置１の表側の面において電子ペーパー１３０の表示画像を確認しながら、カード型無線装置１の裏側の面にワイヤレス給電装置を近接させてワイヤレス給電を行うことができる。

（７）本実施形態に係るカード型無線装置１では、アンテナ（第１アンテナ２１０、第２アンテナ２２０）と表カバー６１との間に隙間８０が形成されている。これにより、接着層４１などの構成部材がアンテナに近接する物体（誘電体など）としてアンテナの特性に影響を与え難くなるため、所望のアンテナの特性が更に得られやすくなる。

（８）本実施形態に係るカード型無線装置１では、２つのアンテナ（第１アンテナ２０１、第２アンテナ２０２）が配置される２つの隣接した角（角５１１、５１４）の間において、回路基板５０の縁（長辺５０３）に面した場所に板状の電子ペーパー１３０が配置される。これにより、２つの隣接した角（角５１１、５１４）の間において、回路基板５０の表側の面と表カバー６１とを、少なくとも電子ペーパー１３０の厚み分だけ確実に離間させることができる。そのため、２つのアンテナ（第１アンテナ２０１、第２アンテナ２０２）の各々において、表カバー６１との間に安定した隙間８０を形成できる。

（９）本実施形態に係るカード型無線装置１では、回路基板５０の角（５１１、５１２）に沿ってＬ字状にアンテナ（第１アンテナ２１０、第２アンテナ２２０）が曲がっているため、アンテナが特定の方向へ指向性を持ち難くすることができる。これにより、カード型無線装置１の向きや姿勢などに応じた送受信の性能のばらつきを抑えることができる。

（１０）本実施形態に係るカード型無線装置１では、回路基板５０の矩形の形状における１つの辺（長辺５０３）に面した場所に板状の電子ペーパー１３０が配置され、当該１つの辺（長辺５０３）に対向する他の１つの辺（長辺５０４）に面した場所に板状のソーラーパネル３１０が配置される。これにより、矩形の形状における対向した２つの辺のそれぞれにおいて、板状の部品（電子ペーパー１３０、ソーラーパネル３１０）が回路基板５０と表カバー６１との間に介在するため、回路基板５０の表側の面と表カバー６１とを広い範囲に渡って確実に離間させることができる。従って、アンテナ（第１アンテナ２０１、第２アンテナ２０２）と表カバー６１との間により安定した隙間８０を形成できる。

（１１）本実施形態に係るカード型無線装置１では、回路基板５０の平面視においてアンテナ（第１アンテナ２０１、第２アンテナ２０２）が配置される表側の面の領域と重なる裏側の面の領域（Ｂ１、Ｂ２）が未実装領域となっており、電子部品７０や導体パターンが配置されていない。これにより、電子部品７０や導体パターンがアンテナの特性に影響を与え難くなるため、所望のアンテナの特性が得られやすくなる。

（１２）本実施形態に係るカード型無線装置１では、キャパシタ３３０の電圧Ｖｃが第１しきい電圧Ｖｔ１を超えた場合、第１スイッチ３４１がオンし、キャパシタ３３０から回路部１００に電力が供給されて回路部１００が起動する。また、キャパシタ３３０の電圧Ｖｃが第２しきい電圧Ｖｔ２を下回った場合、第１スイッチ３４１がオフし、キャパシタ３３０から回路部１００への電力供給が停止されて回路部１００の動作が停止する。これにより、キャパシタ３３０の電圧Ｖｃが少なくとも第２しきい電圧Ｖｔ２より高い状態で、回路部１００を安定的に動作させることができる。また、第２しきい電圧Ｖｔ２が第１しきい電圧Ｖｔ１より低い電圧に設定されるため、第１しきい電圧Ｖｔ１付近におけるキャパシタ３３０の電圧Ｖｃの僅かな変化によって第１スイッチ３４１のオンオフが頻繁に繰り返されることを防止できる。

（１３）本実施形態に係るカード型無線装置１では、キャパシタ３３０から供給される電力に基づいて処理部１２１が起動すると、ＬＰＷＡ通信部１１１及びＢＬＥ通信部１１２において無線通信を行うことを含む第１処理が実行される。また、第１処理の実行後、処理部１２１から出力されるシャットダウン信号に応じて第１スイッチ３４１がオフし、キャパシタ３３０から回路部１００への電力供給が停止される。これにより、キャパシタ３３０に蓄積される電気エネルギーを効率的に使用して、第１処理を反復的に実行することができる。

（１４）本実施形態に係るカード型無線装置１では、ワイヤレス電力伝送用のコイル３２０を通じて伝送される電気エネルギーによりキャパシタ３３０が充電されるワイヤレス充電状態か否かが、判定部３６０により判定され、ワイヤレス充電状態でないと判定された場合、第１処理が実行される。判定部３６０によりワイヤレス充電状態であると判定された場合は、電子ペーパー１３０の書き換えが可能な第２処理が実行される。これにより、ワイヤレス給電装置を用いてワイヤレス給電を行うことを条件に、電子ペーパー１３０の書き換えが可能になるため、処理に必要な電力が不足した状態（非ワイヤレス充電状態）で電子ペーパー１３０の書き換えが実行されることを防止できる。

（１５）本実施形態に係るカード型無線装置１では、キャパシタ３３０の電圧Ｖｃが第３しきい電圧Ｖｔ３を超えた場合、第２スイッチ３４２がオフし、ソーラーパネル３１０からキャパシタ３３０への電力供給が停止される。また、キャパシタ３３０の電圧Ｖｃが第４しきい電圧Ｖｔ４を下回った場合、第２スイッチ３４２がオンし、ソーラーパネル３１０からキャパシタ３３０への電力供給が再開される。これにより、ソーラーパネル３１０の発電量が比較的大きい場合において、キャパシタ３３０の電圧Ｖｃが第３しきい電圧Ｖｔ３を超えて上昇することを効果的に抑制できる。また、第４しきい電圧Ｖｔ４が第３しきい電圧Ｖｔ３より低い電圧に設定されるため、第３しきい電圧Ｖｔ３付近におけるキャパシタ３３０の電圧Ｖｃの僅かな変化によって第２スイッチ３４２のオンオフが頻繁に繰り返されることを防止できる。

本発明は上述した実施形態には限定されない。すなわち、当業者は、本発明の技術的範囲又はその均等範囲において、上述した実施形態の構成要素に関し、様々な変更、コンビネーション、サブコンビネーション、並びに代替を行ってもよい。

例えば、上述した実施形態における各無線通信部の通信方式は一例であり、それぞれ他の通信方式であってもよい。

また、上述した実施形態の例では、回路基板に２つのアンテナが設けられているが、本実施形態の他の例では、回路基板に設けられるアンテナが１つのみでもよいし、３以上でもよい。

図５に示す回路基板５０の配置の例では、２つのアンテナ（第１アンテナ２０１、第２アンテナ２０２）の間に電子ペーパー１３０が配置されているが、本実施形態の他の例では、電子ペーパー１３０とソーラーパネル３１０の配置を入れ替えてもよい。

１…カード型無線装置、１００…回路部、１０１…電源部、１１１…ＬＰＷＡ通信部、１１２…ＢＬＥ通信部、１２１…処理部、１２２…記憶部、１２３…入出力部、１３０…電子ペーパー、２０１…第１アンテナ、２０２…第２アンテナ、３１０…ソーラーパネル、３２０…ワイヤレス電力伝送用のコイル、３２１…整流部、３３０…キャパシタ、３４１…第１スイッチ、３４２…第２スイッチ、３５１…第１スイッチ制御部、３５２…第２スイッチ制御部、３６０…判定部、４１，４２…接着層、５０…回路基板、６１…表カバー、６２…裏カバー、７０…電子部品、８０…隙間

Claims

１以上のアンテナが設けられた回路基板と、
前記回路基板の表側の面を覆う表カバーと、
前記回路基板の裏側の面を覆う裏カバーと、
板状のソーラーパネルと、
板状の電子ペーパーと、
ワイヤレス電力伝送用のコイルと、
前記コイルを通じて伝送される電気エネルギー、及び、前記ソーラーパネルにおいて発電される電気エネルギーを蓄積するキャパシタとを有し、
前記アンテナと前記ソーラーパネルと前記電子ペーパーとが、前記回路基板の前記表側の面に配置され、
前記コイルは、前記回路基板の前記裏側の面に配置される、
カード型無線装置。
前記アンテナと前記表カバーとの間に隙間が形成されている、
請求項１に記載のカード型無線装置。
２つの前記アンテナが、前記回路基板の２つの隣接した角に配置され、
前記ソーラーパネル又は前記電子ペーパーが、前記２つの隣接した角の間において前記回路基板の縁に面した場所に配置される、
請求項２に記載のカード型無線装置。
前記回路基板は、矩形の形状を持ち、
前記ソーラーパネル及び前記電子ペーパーの一方が、前記矩形の形状における１つの辺に面した場所に配置され、
前記ソーラーパネル及び前記電子ペーパーの他方が、前記矩形の形状において前記１つの辺に対向する他の１つの辺に面した場所に配置される、
請求項３に記載のカード型無線装置。
前記回路基板の平面視において、前記アンテナが配置される前記表側の面の領域と重なる前記裏側の面の領域は、電子部品が配置されない未実装領域となっている、
請求項１〜４に記載のカード型無線装置。
前記キャパシタに蓄積された電気エネルギーにより動作し、１以上の前記アンテナにおいて無線通信を行う１以上の無線通信部を含んだ回路部と、
前記キャパシタから前記回路部へ電力を供給する経路に設けられた第１スイッチと、
前記キャパシタの電圧が第１しきい電圧を超える場合に前記第１スイッチをオンし、前記キャパシタの電圧が前記第１しきい電圧より低い第２しきい電圧を下回る場合に前記第１スイッチをオフする第１スイッチ制御部とを有し、
前記回路部は、前記キャパシタから供給される電力に基づいて起動した場合、１以上の前記無線通信部において無線通信を行うことを含む第１処理を実行し、前記第１処理の実行後、シャットダウン信号を出力する処理部を含み、
前記第１スイッチ制御部は、前記処理部から出力される前記シャットダウン信号に応じて前記第１スイッチをオフする、
請求項１〜５のいずれか一項に記載のカード型無線装置。
前記コイルを通じて伝送される電気エネルギーにより前記キャパシタが充電されるワイヤレス充電状態か否かを判定する判定部を有し、
前記処理部は、
前記判定部においてワイヤレス充電状態でないと判定される場合、前記第１処理を実行し、
前記判定部においてワイヤレス充電状態であると判定される場合、前記電子ペーパーの書き換えが可能な第２処理を実行する、
請求項６に記載のカード型無線装置。
前記ソーラーパネルから前記キャパシタへ電力を供給する経路に設けられた第２スイッチと、
前記キャパシタの電圧が第３しきい電圧を超える場合に前記第２スイッチをオフし、前記キャパシタの電圧が第４しきい電圧を下回る場合に前記第２スイッチをオンする第２スイッチ制御部とを有し、
前記第３しきい電圧は、前記第１しきい電圧より高い電圧であり、
前記第４しきい電圧は、前記第３しきい電圧より低く前記第１しきい電圧より高い電圧である、
請求項６又は７に記載のカード型無線装置。