通信機器、鳥インフルエンザ監視システム
【課題】コンパクトでありながらも高性能化を図ることのできる通信機器、鳥インフルエンザ監視システムを提供する。
【解決手段】アンテナ２５０を、基板２６０の表面に設けられた導体層２６１上に、基板２６０の外周縁部に沿って周方向に連続してロ字状に環状をなす絶縁体層２５２と導体層２５３とからなる複数層のループアンテナ２５１が積層され、これら各層のループアンテナ２５１が並列接続された構成とした。
【解決手段】アンテナ２５０を、基板２６０の表面に設けられた導体層２６１上に、基板２６０の外周縁部に沿って周方向に連続してロ字状に環状をなす絶縁体層２５２と導体層２５３とからなる複数層のループアンテナ２５１が積層され、これら各層のループアンテナ２５１が並列接続された構成とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鳥に装着されて、鳥インフルエンザの発生を監視するためのセンサ等に適用される通信機器、および鳥インフルエンザ監視システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＢＳＥ発生や鳥インフルエンザ流行などを契機に、最近「食の安全」に対する関心が急速に高まっている。このような食用に供する動物の健康管理は、オフラインのバイオ的検査手法が主に開発されてきた。しかしこれらの方法では、検査を迅速に行うことができず、かつ高コストであり、一般に普及させることができるものではなかった。そこで、このような動物の健康管理を、動物にセンサを装着し、無線によりセンサからの情報を収集することで行えないか、という検討が行われつつある。
【０００３】
そこで、本発明者らは、加速度・傾斜・温度・血流・血圧・脈拍等、鳥の物理量変化に着目した。これらの物理量測定を行うセンサを管理対象となる鳥に装着し、センサから送信された測定結果のデータに基づいて鳥の行動状態を判定することで、鳥の健康状態を判定するのである（例えば、特許文献１〜４参照）。
【０００４】
ところで、上記したようなセンサにおいては、データを送受信するのに、ループアンテナを用いている。
アンテナには、大きく分けると、アンテナ自体が電界を発生することで電波を送受信する電界アンテナと、アンテナ自体が磁界を発生することで電波を送受信する磁界アンテナとがある。
上記のように動物にセンサを装着する場合、センサは動物の体表面に固定されるので、磁界アンテナを用いるのが好ましい。これは、動物の体は電解質からなるため、電界アンテナの場合、電界アンテナで発生した電界が動物の体に吸収されてしまい、電波を送信することが出来ないためである。
【０００５】
その点、磁界アンテナであるループアンテナはアンテナ自体で磁界を発生し、発生した磁界は動物の体に吸収されずに通過するため、センサを動物の体に装着した場合でも、電波を良好に送信することができる。
また、ループアンテナはコンパクトであり、動物の体に装着するセンサの小型化に寄与でき、この点からも動物のモニタリングをするためのセンサに用いるのに適している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１５１５５５号公報
【特許文献２】特開２００８−１５１５６２号公報
【特許文献３】特開２００８−１５２４３２号公報
【特許文献４】特開２０１０−２１７１２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記したようなループアンテナに高周波を流すと、ループアンテナを構成する導電体において、電流が導電体の表層部に集中し、いわゆる表皮効果の影響が大きくなってくる。電流が導電体の表層部に集中してしまうと、導電体の断面において電流が流れる部分の実質的な断面積が小さくなり、意図するほどの性能向上が得られないのである。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、コンパクトでありながらも高性能化を図ることのできる通信機器、およびそれを用いた鳥インフルエンザ監視システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる目的のもとになされた本発明の通信機器は、回路基板と、回路基板上に実装された電子部品と、回路基板上に設けられ、電子部品の外周側を取り囲むように環状に設けられたループアンテナ部と、を備え、ループアンテナ部は、回路基板上に、絶縁層と導電体層とを交互に複数組積層し、複数組の導電体層が並列接続されていることで形成されていることを特徴とする。
このようにして複数層に積層した導電体層を並列接続することで、表皮効果が生じたとしてもループアンテナ部全体としては、より大きな電流を流すことができる。
また、電子部品の外周側を取り囲むようにループアンテナ部を設けることで、電子部品を保護するとともに、ループアンテナ部の内方のスペースを有効利用して通信機器のコンパクト化を図ることができる。
このため、ループアンテナ部は、回路基板上に実装された電子部品の高さよりも高く形成するのが好ましい。
さらに、ループアンテナ部には、当該ループアンテナ部の内側空間を覆う蓋体を設けることもできる。
【０００９】
このような通信機器は、いかなる用途、構成にも適用できるが、例えば、温度および加速度の少なくとも一方を検出するセンサ部と、センサ部で検出したデータを送信するため信号を生成する送信制御部と、をさらに備え、ループアンテナ部は、送信制御部で生成された信号を送信する構成とすることができる。このような通信機器は、鳥の体温および加速度の少なくとも一方を測定するとともに、測定の結果をデータとして無線送信するセンサとして用いることができる。
【００１０】
また、本発明は、管理対象となる鳥に装着され、鳥の体温および加速度の少なくとも一方を測定するとともに、測定の結果をデータとして無線送信する端末と、端末から送信されたデータに基づき、鳥の健康状態に異常が生じているか否かの判定を行う判定装置と、を備え、端末が、請求項１から４のいずれか一項に記載のループアンテナ部を備えた通信機器であることを特徴とする鳥インフルエンザ監視システムとすることもできる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、複数層に積層した導電体層を並列接続してループアンテナ部を構成することで、表皮効果が生じたとしてもループアンテナ部全体としては、より大きな電流を流すことができ、アンテナ性能を向上させることができる。しかも、電子部品の外周側を取り囲むようにループアンテナ部を設けることで、電子部品を保護するとともに、スペースを有効利用して通信機器のコンパクト化を図ることが可能となる。これにより、通信機器やセンサを、コンパクトでありながらも高性能化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施の形態における鳥インフルエンザ監視システムを概念的に描いた図である。
【図２】センサの機能的な構成を示すブロック図である。
【図３】センサの外観を示す図である。
【図４】センサにおける鳥の状態を検出するための処理の流れを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１に示すように、鳥インフルエンザ監視システム１００は、管理区域１１０内で管理される鳥に装着される無線センサ端末（端末、通信機器）１２０、管理区域１１０内をカバーするように１つ又は複数個設置される中継局１３０、管理区域１１０内に設置される全ての中継局１３０を集中制御する中継局コントローラ１４０、送受信装置１５０、制御装置（判定装置）１６０などから構成される。
【００１４】
管理区域１１０は、鳥舎等、鳥を飼育するために設けられたものである。
管理区域１１０内においては、無線センサ端末１２０と中継局１３０との間は無線により通信が行われる。
【００１５】
無線センサ端末１２０は、鳥の姿勢や行動、バイタルサインなどを検出するセンサ群と、検出処理回路、通信回路、電源およびパワーマネージメントデバイスを高密度集積化した、鳥の健康状態をモニタするためのシステムインパッケージである。
この無線センサ端末１２０における測定データ（信号）は無線により送信される。送信された測定データは中継局１３０によって受信され、さらに、中継局コントローラ１４０に転送される。
【００１６】
中継局１３０と中継局コントローラ１４０とは、無線又は有線の各種通信ネットワークを介して接続される。中継局コントローラ１４０は、管理区域１１０に設置される中継局１３０のみならず、他の管理区域１１２や１１４の中継局も制御し、これらの中継局で受信された無線センサ端末１２０のデータを集めて送受信装置１５０へと転送することもできる。
送受信装置１５０は、各種通信ネットワークを介して無線センサ端末１２０の測定データを制御装置１６０へと送信する。
【００１７】
制御装置１６０は、ハードウエア的にはコンピュータ装置であり、必要な機能を備えたソフトウエアを汎用のコンピュータにインストールすることで実現することができる。このため制御装置１６０の多くの機能は、一般的なコンピュータが備えている、ＣＰＵやメモリ、ネットワークアダプタ、モデム等のハードウエアと、ソフトウエアとの協働によって実現されている。
この制御装置１６０は、無線センサ端末１２０から送信された測定データに基づき、鳥インフルエンザの発生の有無を監視している。そして、無線センサ端末１２０から送信された測定データが、鳥インフルエンザの発生を示すものであると判定された場合には、その判定結果、すなわち鳥インフルエンザが発生したことを表す情報を、アラームの出力、印刷物のプリントアウト、予めインプットされた送付先への電子メールの送信等によって出力することもできる。制御装置１６０は管理区域１１０の近辺に設置されていてもよいが、全く離れた遠隔地に設置されていても良い。
【００１８】
図２および図３（ａ）、（ｂ）に示すように、無線センサ端末１２０は、例えば、所定の物理量を測定するセンサ部２１０と、無線センサ端末１２０として所定の動作を行うように各部をコントロールするためのＬＳＩ等から構成される回路からなるセンサ制御部２２０と、センサ制御部２２０の動作に必要な電力を蓄えるバッテリやコンデンサ等からなる蓄電部２３０と、中継局１３０との間で電波の送受信を行うための通信制御を行うための通信制御部２４０と、アンテナ（ループアンテナ部）２５０とを、薄帯状（フィルム状）、薄板状の基板２６０上に実装した超小型無線センサ端末である。
このような無線センサ端末１２０は、ＭＥＭＳ加工技術などを用いることで、数ｃｍ四方以内の小型なものとすることができる。
【００１９】
センサ部２１０は、対象物の加速度を測定する加速度センサ２１０Ａと、対象物の温度（体温）を検出する温度センサ２１０Ｔ１、２１０Ｔ２と、を備えている。ここで、温度センサ２１０Ｔ１は、ＭＥＭＳ温度センサで１℃程度の精度で鳥の体温がある範囲内にあるかないかを判定するために用いられる。温度センサ２１０Ｔ２は、例えば半導体温度センサ（サーミスタ）であり、温度センサ２１０Ｔ１よりも高精度なものとされ、鳥の体温の検出値として外部に送信される体温データを測定するために用いられる。
なおここで、本実施形態では、二つの温度センサ２１０Ｔ１、２１０Ｔ２を備える構成としたが、もちろんこれを一つの温度センサにより構成することも可能である。
【００２０】
アンテナ２５０は、基板２６０の表面に設けられた導体層２６１上に、基板２６０の表面の外周縁部に沿って、複数層のループアンテナ２５１が積層された構成となっている。ここで、図３（ｃ）に示すように、各層のループアンテナ２５１は、基板２６０の外周縁部に沿って周方向に連続してロ字状に環状をなす絶縁体層２５２と導体層２５３とから形成されている。これら各層のループアンテナ２５１は並列接続され、通信制御部２４０の制御によって信号の送受信を行う。
ここで導体層２６１、２５３には、銅や金等の薄膜を用いることができる。また、絶縁体層２５２は、基板２６０と共通の、例えばガラスエポキシ製の基板材料を用いることができる。具体的には、導体層２６１が表面に形成された基板２６０、導体層２５３が表面に形成された絶縁体層２５２ともに、いわゆる電子基板材料を用いることができる。
本実施形態では、このようなループアンテナ２５１は、基板２６０の表面に、例えば６層に積層して設けられている。各層のループアンテナ２５１は、電子基板材料をルータ等の切断加工手段によりあら予め所定形状に形成しておき、これを積層して基板２６０上に接合すればよい。
【００２１】
ループアンテナ２５１を上記のように複数層積層して設けることで、基板２６０の表面においては、基板２６０上に実装された各種電子部品の外周部を囲う壁体２７０が形成されたような構成となる。この壁体２７０の高さは、基板２６０上に実装される各種電子部品の高さよりも大きくするのが好ましい。
【００２２】
そして、壁体２７０上には、壁体２７０によって囲まれた空間を覆う蓋体２８０を設けるのが好ましい。この蓋体２８０は、いかなる材料で形成しても良いが、壁体２７０と同様、導体層２５３と絶縁体層２５２を有した電子基板材料を用いても良い。このとき、導体層２５３を、ループアンテナ２５１の一層分を形成するように、エッチング等によりロ字状に形成しておくのが好ましい。
【００２３】
ここで、ループアンテナ２５１は、通信制御部２４０の制御により外部と信号通信を行う電波の周波数ｆに対し、１／２ｎｆ（ｎは正の整数）の周長を有するように形成するのが好ましい。
本実施形態の無線センサ端末１２０においては、通信制御部２４０の制御により外部と信号通信を行う電波の周波数ｆを、例えば３１０〜３２２ＭＨｚとするのが好ましい。これは、無線センサ端末１２０を鳥に装着した場合、ループアンテナ２５１で発生する磁界の波長が小さすぎると、その磁界によって発生する電界が鳥の体を形成する電解質に吸収されてしまい、電波が外部に伝搬しにくくなるからである。上記範囲の周波数ｆの電波を通信に用いることにより、ループアンテナ２５１で発生した磁界によって生じる電界が、鳥の体に吸収されず、電波を良好に伝搬させ、通信性能を向上させることができる。
【００２４】
このような無線センサ端末１２０は、センサ制御部２２０により、予め記憶されたコンピュータプログラムに基づいて、以下に示すような動作を自動的に実行する。
図４に示すように、無線センサ端末１２０は、センサ制御部２２０に備えた図示しないタイマにより、一定時間毎に温度センサ２１０Ｔ１で鳥の体温を検出し、検出された体温の測定結果は、図示しないメモリ等の送信バッファに記憶させる（ステップＳ１０１）。そして、検出された体温が、予め定められた通常体温範囲（例えば３０〜４２℃）外であるか否かを判定し（ステップＳ１０２）、通常体温範囲内であるときには、タイマをリセットし、ステップＳ１０１からの処理を、タイマにより一定時間毎に繰り返す。
一方、ステップＳ１０２において、検出された体温が、予め定められた範囲外であるときには、異常が生じているとして、まず、図示しない異常時タイマを起動させる（ステップＳ１０３）。異常時タイマが起動すると、割り込み処理に移行し、温度センサ２１０Ｔ２により鳥の体温を検出し（ステップＳ１０４）、測定結果を図示しないメモリ等の送信バッファに記憶させる（ステップＳ１０５）。
【００２５】
通信制御部２４０において、送信フラグがＯＮとなった時点で、送信バッファに記憶させた鳥の体温検出結果を、送信データとして制御装置１６０に送信する（ステップＳ１０６、Ｓ１０７）。
そして、異常時タイマにより、予め定められた設定時間が経過し、タイムアウトとなった時点で、ステップ１０１に戻り、同様の処理を繰り返す（ステップＳ１０８）。
これとともに、送信フラグをＯＦＦとする（ステップＳ１０９）。この送信フラグは、送信イベントの発生を禁止するタイマにおいて、所定時間が経過する毎に、ＯＮとなるよう、通信制御部２４０でコントロールされる。
【００２６】
一方、加速度センサ２１０Ａでは、鳥がその動作に伴って発生する加速度を継続的に検出している。
そして、検出された加速度に応じて出力される電圧が、予め定めた閾値電圧以上であったときには、センサ制御部２２０のカウンタで、そのカウンタ値を１つ加算する。つまり、カウンタでは、閾値電圧を越えた回数をカウントする（ステップＳ１１０〜Ｓ１１１）。
そして、閾値電圧を越えた回数のカウント値が、予め定めた設定値以上となったときには、その時点で温度センサ２１０Ｔ１において測定した鳥の体温データ、あるいはサーミスタ等のより精密な温度センサ２１０Ｔ２で測定した鳥の体温データをメモリ等の送信バッファに送信して記憶させる（ステップＳ１１２、Ｓ１１３、Ｓ１０４）。
【００２７】
このようにして、まず、鳥の体温が、３０〜４２℃といった通常体温範囲内にある正常状態か、その範囲外の異常状態かが判定される。
そして、正常状態のときは、センサ制御部２２０は加速度センサ２１０Ａが振動することにより発生する電圧が、予め設定した閾値電圧を超えた回数をカウントし、その回数が閾値回数を超えたときに、その時点で温度センサ２１０Ｔ１において測定した鳥の体温データ、あるいはより精密な温度センサ２１０Ｔ２で測定した鳥の体温データを送信する。
一方、異常状態のときは、センサ制御部２２０は温度センサ２１０Ｔ１において測定した鳥の体温データ、あるいはより精密な温度センサ２１０Ｔ２で測定した鳥の体温データを一定間隔（例えば１０分程度）で送信する。なお、異常状態が発生した場合、無線センサ端末１２０に、ＬＥＤ等の発光素子やブザーを設けておき、光や音声等を出力することによって、異常が発生している個体（鳥）を容易に認識できるようにすることもできる。
このようなシステムとすることで、鳥インフルエンザの発生を判定するには必要十分な鳥の健康モニタリングを低消費電力で行うことができる。また、検出された鳥の体温が通常対応範囲内にある正常状態が長く続く場合においても、無線センサ端末１２０が正常に動作していることを確認することができる。
【００２８】
上述したように、アンテナ２５０を、基板２６０の表面に設けられた導体層２６１上に、基板２６０の外周縁部に沿って周方向に連続してロ字状に環状をなす絶縁体層２５２と導体層２５３とからなる複数層のループアンテナ２５１が積層され、これら各層のループアンテナ２５１が並列接続された構成とした。
これにより、それぞれのループアンテナ２５１で表皮効果が生じたとしても、アンテナ２５０全体では電流が流れる実質的な断面積を大きくすることができ、アンテナ性能の高性能化を図ることができる。
しかも、このようなループアンテナ２５１が積層されることによって壁体２７０が形成されており、その内側に各種電子部品を実装できるので、スペースの有効利用を図り、非常にコンパクトな構成とすることができるとともに、この壁体２７０を電子部品のカバーとして機能させることもできる。さらに、壁体２７０上に蓋体２８０を設けることで、カバーとしての機能性はさらに高まる。
【００２９】
なお、上記実施の形態では、ループアンテナ２５１を複数層に積層したが、その積層数については何ら限定するものではない。また、蓋体２８０も、必須の構成ではない。
また、基板２６０の導体層２６１自体にループアンテナ２５１を設けることも可能であり、基板２６０が多層基板である場合には、複数層の導体層２６１にループアンテナ２５１を設けてもよい。
また、センサ部２１０の構成も、上記実施形態に示した構成に限らず、適宜他の構成とすることができる。
また、このような構成は、鳥インフルエンザ監視システム１００に限らず、他の様々な用途に用いることが可能である。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１００ 鳥インフルエンザ監視システム
１２０ 無線センサ端末（端末、通信機器）
１３０ 中継局
１４０ 中継局コントローラ
１５０ 送受信装置
１６０ 制御装置（判定装置）
２１０ センサ部
２１０Ａ 加速度センサ
２１０Ｔ１ 温度センサ
２１０Ｔ２ 温度センサ
２２０ センサ制御部
２３０ 蓄電部
２４０ 通信制御部
２５０ アンテナ（ループアンテナ部）
２５１ ループアンテナ
２５２ 絶縁体層
２５３ 導体層
２６０ 基板
２６１ 導体層
２７０ 壁体
２８０ 蓋体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鳥に装着されて、鳥インフルエンザの発生を監視するためのセンサ等に適用される通信機器、および鳥インフルエンザ監視システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＢＳＥ発生や鳥インフルエンザ流行などを契機に、最近「食の安全」に対する関心が急速に高まっている。このような食用に供する動物の健康管理は、オフラインのバイオ的検査手法が主に開発されてきた。しかしこれらの方法では、検査を迅速に行うことができず、かつ高コストであり、一般に普及させることができるものではなかった。そこで、このような動物の健康管理を、動物にセンサを装着し、無線によりセンサからの情報を収集することで行えないか、という検討が行われつつある。
【０００３】
そこで、本発明者らは、加速度・傾斜・温度・血流・血圧・脈拍等、鳥の物理量変化に着目した。これらの物理量測定を行うセンサを管理対象となる鳥に装着し、センサから送信された測定結果のデータに基づいて鳥の行動状態を判定することで、鳥の健康状態を判定するのである（例えば、特許文献１〜４参照）。
【０００４】
ところで、上記したようなセンサにおいては、データを送受信するのに、ループアンテナを用いている。
アンテナには、大きく分けると、アンテナ自体が電界を発生することで電波を送受信する電界アンテナと、アンテナ自体が磁界を発生することで電波を送受信する磁界アンテナとがある。
上記のように動物にセンサを装着する場合、センサは動物の体表面に固定されるので、磁界アンテナを用いるのが好ましい。これは、動物の体は電解質からなるため、電界アンテナの場合、電界アンテナで発生した電界が動物の体に吸収されてしまい、電波を送信することが出来ないためである。
【０００５】
その点、磁界アンテナであるループアンテナはアンテナ自体で磁界を発生し、発生した磁界は動物の体に吸収されずに通過するため、センサを動物の体に装着した場合でも、電波を良好に送信することができる。
また、ループアンテナはコンパクトであり、動物の体に装着するセンサの小型化に寄与でき、この点からも動物のモニタリングをするためのセンサに用いるのに適している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１５１５５５号公報
【特許文献２】特開２００８−１５１５６２号公報
【特許文献３】特開２００８−１５２４３２号公報
【特許文献４】特開２０１０−２１７１２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記したようなループアンテナに高周波を流すと、ループアンテナを構成する導電体において、電流が導電体の表層部に集中し、いわゆる表皮効果の影響が大きくなってくる。電流が導電体の表層部に集中してしまうと、導電体の断面において電流が流れる部分の実質的な断面積が小さくなり、意図するほどの性能向上が得られないのである。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、コンパクトでありながらも高性能化を図ることのできる通信機器、およびそれを用いた鳥インフルエンザ監視システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる目的のもとになされた本発明の通信機器は、回路基板と、回路基板上に実装された電子部品と、回路基板上に設けられ、電子部品の外周側を取り囲むように環状に設けられたループアンテナ部と、を備え、ループアンテナ部は、回路基板上に、絶縁層と導電体層とを交互に複数組積層し、複数組の導電体層が並列接続されていることで形成されていることを特徴とする。
このようにして複数層に積層した導電体層を並列接続することで、表皮効果が生じたとしてもループアンテナ部全体としては、より大きな電流を流すことができる。
また、電子部品の外周側を取り囲むようにループアンテナ部を設けることで、電子部品を保護するとともに、ループアンテナ部の内方のスペースを有効利用して通信機器のコンパクト化を図ることができる。
このため、ループアンテナ部は、回路基板上に実装された電子部品の高さよりも高く形成するのが好ましい。
さらに、ループアンテナ部には、当該ループアンテナ部の内側空間を覆う蓋体を設けることもできる。
【０００９】
このような通信機器は、いかなる用途、構成にも適用できるが、例えば、温度および加速度の少なくとも一方を検出するセンサ部と、センサ部で検出したデータを送信するため信号を生成する送信制御部と、をさらに備え、ループアンテナ部は、送信制御部で生成された信号を送信する構成とすることができる。このような通信機器は、鳥の体温および加速度の少なくとも一方を測定するとともに、測定の結果をデータとして無線送信するセンサとして用いることができる。
【００１０】
また、本発明は、管理対象となる鳥に装着され、鳥の体温および加速度の少なくとも一方を測定するとともに、測定の結果をデータとして無線送信する端末と、端末から送信されたデータに基づき、鳥の健康状態に異常が生じているか否かの判定を行う判定装置と、を備え、端末が、請求項１から４のいずれか一項に記載のループアンテナ部を備えた通信機器であることを特徴とする鳥インフルエンザ監視システムとすることもできる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、複数層に積層した導電体層を並列接続してループアンテナ部を構成することで、表皮効果が生じたとしてもループアンテナ部全体としては、より大きな電流を流すことができ、アンテナ性能を向上させることができる。しかも、電子部品の外周側を取り囲むようにループアンテナ部を設けることで、電子部品を保護するとともに、スペースを有効利用して通信機器のコンパクト化を図ることが可能となる。これにより、通信機器やセンサを、コンパクトでありながらも高性能化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施の形態における鳥インフルエンザ監視システムを概念的に描いた図である。
【図２】センサの機能的な構成を示すブロック図である。
【図３】センサの外観を示す図である。
【図４】センサにおける鳥の状態を検出するための処理の流れを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１に示すように、鳥インフルエンザ監視システム１００は、管理区域１１０内で管理される鳥に装着される無線センサ端末（端末、通信機器）１２０、管理区域１１０内をカバーするように１つ又は複数個設置される中継局１３０、管理区域１１０内に設置される全ての中継局１３０を集中制御する中継局コントローラ１４０、送受信装置１５０、制御装置（判定装置）１６０などから構成される。
【００１４】
管理区域１１０は、鳥舎等、鳥を飼育するために設けられたものである。
管理区域１１０内においては、無線センサ端末１２０と中継局１３０との間は無線により通信が行われる。
【００１５】
無線センサ端末１２０は、鳥の姿勢や行動、バイタルサインなどを検出するセンサ群と、検出処理回路、通信回路、電源およびパワーマネージメントデバイスを高密度集積化した、鳥の健康状態をモニタするためのシステムインパッケージである。
この無線センサ端末１２０における測定データ（信号）は無線により送信される。送信された測定データは中継局１３０によって受信され、さらに、中継局コントローラ１４０に転送される。
【００１６】
中継局１３０と中継局コントローラ１４０とは、無線又は有線の各種通信ネットワークを介して接続される。中継局コントローラ１４０は、管理区域１１０に設置される中継局１３０のみならず、他の管理区域１１２や１１４の中継局も制御し、これらの中継局で受信された無線センサ端末１２０のデータを集めて送受信装置１５０へと転送することもできる。
送受信装置１５０は、各種通信ネットワークを介して無線センサ端末１２０の測定データを制御装置１６０へと送信する。
【００１７】
制御装置１６０は、ハードウエア的にはコンピュータ装置であり、必要な機能を備えたソフトウエアを汎用のコンピュータにインストールすることで実現することができる。このため制御装置１６０の多くの機能は、一般的なコンピュータが備えている、ＣＰＵやメモリ、ネットワークアダプタ、モデム等のハードウエアと、ソフトウエアとの協働によって実現されている。
この制御装置１６０は、無線センサ端末１２０から送信された測定データに基づき、鳥インフルエンザの発生の有無を監視している。そして、無線センサ端末１２０から送信された測定データが、鳥インフルエンザの発生を示すものであると判定された場合には、その判定結果、すなわち鳥インフルエンザが発生したことを表す情報を、アラームの出力、印刷物のプリントアウト、予めインプットされた送付先への電子メールの送信等によって出力することもできる。制御装置１６０は管理区域１１０の近辺に設置されていてもよいが、全く離れた遠隔地に設置されていても良い。
【００１８】
図２および図３（ａ）、（ｂ）に示すように、無線センサ端末１２０は、例えば、所定の物理量を測定するセンサ部２１０と、無線センサ端末１２０として所定の動作を行うように各部をコントロールするためのＬＳＩ等から構成される回路からなるセンサ制御部２２０と、センサ制御部２２０の動作に必要な電力を蓄えるバッテリやコンデンサ等からなる蓄電部２３０と、中継局１３０との間で電波の送受信を行うための通信制御を行うための通信制御部２４０と、アンテナ（ループアンテナ部）２５０とを、薄帯状（フィルム状）、薄板状の基板２６０上に実装した超小型無線センサ端末である。
このような無線センサ端末１２０は、ＭＥＭＳ加工技術などを用いることで、数ｃｍ四方以内の小型なものとすることができる。
【００１９】
センサ部２１０は、対象物の加速度を測定する加速度センサ２１０Ａと、対象物の温度（体温）を検出する温度センサ２１０Ｔ１、２１０Ｔ２と、を備えている。ここで、温度センサ２１０Ｔ１は、ＭＥＭＳ温度センサで１℃程度の精度で鳥の体温がある範囲内にあるかないかを判定するために用いられる。温度センサ２１０Ｔ２は、例えば半導体温度センサ（サーミスタ）であり、温度センサ２１０Ｔ１よりも高精度なものとされ、鳥の体温の検出値として外部に送信される体温データを測定するために用いられる。
なおここで、本実施形態では、二つの温度センサ２１０Ｔ１、２１０Ｔ２を備える構成としたが、もちろんこれを一つの温度センサにより構成することも可能である。
【００２０】
アンテナ２５０は、基板２６０の表面に設けられた導体層２６１上に、基板２６０の表面の外周縁部に沿って、複数層のループアンテナ２５１が積層された構成となっている。ここで、図３（ｃ）に示すように、各層のループアンテナ２５１は、基板２６０の外周縁部に沿って周方向に連続してロ字状に環状をなす絶縁体層２５２と導体層２５３とから形成されている。これら各層のループアンテナ２５１は並列接続され、通信制御部２４０の制御によって信号の送受信を行う。
ここで導体層２６１、２５３には、銅や金等の薄膜を用いることができる。また、絶縁体層２５２は、基板２６０と共通の、例えばガラスエポキシ製の基板材料を用いることができる。具体的には、導体層２６１が表面に形成された基板２６０、導体層２５３が表面に形成された絶縁体層２５２ともに、いわゆる電子基板材料を用いることができる。
本実施形態では、このようなループアンテナ２５１は、基板２６０の表面に、例えば６層に積層して設けられている。各層のループアンテナ２５１は、電子基板材料をルータ等の切断加工手段によりあら予め所定形状に形成しておき、これを積層して基板２６０上に接合すればよい。
【００２１】
ループアンテナ２５１を上記のように複数層積層して設けることで、基板２６０の表面においては、基板２６０上に実装された各種電子部品の外周部を囲う壁体２７０が形成されたような構成となる。この壁体２７０の高さは、基板２６０上に実装される各種電子部品の高さよりも大きくするのが好ましい。
【００２２】
そして、壁体２７０上には、壁体２７０によって囲まれた空間を覆う蓋体２８０を設けるのが好ましい。この蓋体２８０は、いかなる材料で形成しても良いが、壁体２７０と同様、導体層２５３と絶縁体層２５２を有した電子基板材料を用いても良い。このとき、導体層２５３を、ループアンテナ２５１の一層分を形成するように、エッチング等によりロ字状に形成しておくのが好ましい。
【００２３】
ここで、ループアンテナ２５１は、通信制御部２４０の制御により外部と信号通信を行う電波の周波数ｆに対し、１／２ｎｆ（ｎは正の整数）の周長を有するように形成するのが好ましい。
本実施形態の無線センサ端末１２０においては、通信制御部２４０の制御により外部と信号通信を行う電波の周波数ｆを、例えば３１０〜３２２ＭＨｚとするのが好ましい。これは、無線センサ端末１２０を鳥に装着した場合、ループアンテナ２５１で発生する磁界の波長が小さすぎると、その磁界によって発生する電界が鳥の体を形成する電解質に吸収されてしまい、電波が外部に伝搬しにくくなるからである。上記範囲の周波数ｆの電波を通信に用いることにより、ループアンテナ２５１で発生した磁界によって生じる電界が、鳥の体に吸収されず、電波を良好に伝搬させ、通信性能を向上させることができる。
【００２４】
このような無線センサ端末１２０は、センサ制御部２２０により、予め記憶されたコンピュータプログラムに基づいて、以下に示すような動作を自動的に実行する。
図４に示すように、無線センサ端末１２０は、センサ制御部２２０に備えた図示しないタイマにより、一定時間毎に温度センサ２１０Ｔ１で鳥の体温を検出し、検出された体温の測定結果は、図示しないメモリ等の送信バッファに記憶させる（ステップＳ１０１）。そして、検出された体温が、予め定められた通常体温範囲（例えば３０〜４２℃）外であるか否かを判定し（ステップＳ１０２）、通常体温範囲内であるときには、タイマをリセットし、ステップＳ１０１からの処理を、タイマにより一定時間毎に繰り返す。
一方、ステップＳ１０２において、検出された体温が、予め定められた範囲外であるときには、異常が生じているとして、まず、図示しない異常時タイマを起動させる（ステップＳ１０３）。異常時タイマが起動すると、割り込み処理に移行し、温度センサ２１０Ｔ２により鳥の体温を検出し（ステップＳ１０４）、測定結果を図示しないメモリ等の送信バッファに記憶させる（ステップＳ１０５）。
【００２５】
通信制御部２４０において、送信フラグがＯＮとなった時点で、送信バッファに記憶させた鳥の体温検出結果を、送信データとして制御装置１６０に送信する（ステップＳ１０６、Ｓ１０７）。
そして、異常時タイマにより、予め定められた設定時間が経過し、タイムアウトとなった時点で、ステップ１０１に戻り、同様の処理を繰り返す（ステップＳ１０８）。
これとともに、送信フラグをＯＦＦとする（ステップＳ１０９）。この送信フラグは、送信イベントの発生を禁止するタイマにおいて、所定時間が経過する毎に、ＯＮとなるよう、通信制御部２４０でコントロールされる。
【００２６】
一方、加速度センサ２１０Ａでは、鳥がその動作に伴って発生する加速度を継続的に検出している。
そして、検出された加速度に応じて出力される電圧が、予め定めた閾値電圧以上であったときには、センサ制御部２２０のカウンタで、そのカウンタ値を１つ加算する。つまり、カウンタでは、閾値電圧を越えた回数をカウントする（ステップＳ１１０〜Ｓ１１１）。
そして、閾値電圧を越えた回数のカウント値が、予め定めた設定値以上となったときには、その時点で温度センサ２１０Ｔ１において測定した鳥の体温データ、あるいはサーミスタ等のより精密な温度センサ２１０Ｔ２で測定した鳥の体温データをメモリ等の送信バッファに送信して記憶させる（ステップＳ１１２、Ｓ１１３、Ｓ１０４）。
【００２７】
このようにして、まず、鳥の体温が、３０〜４２℃といった通常体温範囲内にある正常状態か、その範囲外の異常状態かが判定される。
そして、正常状態のときは、センサ制御部２２０は加速度センサ２１０Ａが振動することにより発生する電圧が、予め設定した閾値電圧を超えた回数をカウントし、その回数が閾値回数を超えたときに、その時点で温度センサ２１０Ｔ１において測定した鳥の体温データ、あるいはより精密な温度センサ２１０Ｔ２で測定した鳥の体温データを送信する。
一方、異常状態のときは、センサ制御部２２０は温度センサ２１０Ｔ１において測定した鳥の体温データ、あるいはより精密な温度センサ２１０Ｔ２で測定した鳥の体温データを一定間隔（例えば１０分程度）で送信する。なお、異常状態が発生した場合、無線センサ端末１２０に、ＬＥＤ等の発光素子やブザーを設けておき、光や音声等を出力することによって、異常が発生している個体（鳥）を容易に認識できるようにすることもできる。
このようなシステムとすることで、鳥インフルエンザの発生を判定するには必要十分な鳥の健康モニタリングを低消費電力で行うことができる。また、検出された鳥の体温が通常対応範囲内にある正常状態が長く続く場合においても、無線センサ端末１２０が正常に動作していることを確認することができる。
【００２８】
上述したように、アンテナ２５０を、基板２６０の表面に設けられた導体層２６１上に、基板２６０の外周縁部に沿って周方向に連続してロ字状に環状をなす絶縁体層２５２と導体層２５３とからなる複数層のループアンテナ２５１が積層され、これら各層のループアンテナ２５１が並列接続された構成とした。
これにより、それぞれのループアンテナ２５１で表皮効果が生じたとしても、アンテナ２５０全体では電流が流れる実質的な断面積を大きくすることができ、アンテナ性能の高性能化を図ることができる。
しかも、このようなループアンテナ２５１が積層されることによって壁体２７０が形成されており、その内側に各種電子部品を実装できるので、スペースの有効利用を図り、非常にコンパクトな構成とすることができるとともに、この壁体２７０を電子部品のカバーとして機能させることもできる。さらに、壁体２７０上に蓋体２８０を設けることで、カバーとしての機能性はさらに高まる。
【００２９】
なお、上記実施の形態では、ループアンテナ２５１を複数層に積層したが、その積層数については何ら限定するものではない。また、蓋体２８０も、必須の構成ではない。
また、基板２６０の導体層２６１自体にループアンテナ２５１を設けることも可能であり、基板２６０が多層基板である場合には、複数層の導体層２６１にループアンテナ２５１を設けてもよい。
また、センサ部２１０の構成も、上記実施形態に示した構成に限らず、適宜他の構成とすることができる。
また、このような構成は、鳥インフルエンザ監視システム１００に限らず、他の様々な用途に用いることが可能である。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１００ 鳥インフルエンザ監視システム
１２０ 無線センサ端末（端末、通信機器）
１３０ 中継局
１４０ 中継局コントローラ
１５０ 送受信装置
１６０ 制御装置（判定装置）
２１０ センサ部
２１０Ａ 加速度センサ
２１０Ｔ１ 温度センサ
２１０Ｔ２ 温度センサ
２２０ センサ制御部
２３０ 蓄電部
２４０ 通信制御部
２５０ アンテナ（ループアンテナ部）
２５１ ループアンテナ
２５２ 絶縁体層
２５３ 導体層
２６０ 基板
２６１ 導体層
２７０ 壁体
２８０ 蓋体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板と、
前記回路基板上に実装された電子部品と、
前記回路基板上に設けられ、前記電子部品の外周側を取り囲むように環状に設けられたループアンテナ部と、を備え、
前記ループアンテナ部は、前記回路基板上に、絶縁層と導電体層とを交互に複数組積層し、複数組の前記導電体層が並列接続されていることで形成されていることを特徴とする通信機器。
【請求項２】
前記ループアンテナ部は、前記回路基板上に実装された前記電子部品の高さよりも高く形成されていることを特徴とする請求項１に記載の通信機器。
【請求項３】
前記ループアンテナ部には、当該ループアンテナ部の内側空間を覆う蓋体が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の通信機器。
【請求項４】
温度および加速度の少なくとも一方を検出するセンサ部と、
前記センサ部で検出したデータを送信するため信号を生成する送信制御部と、をさらに備え、
前記ループアンテナ部は、前記送信制御部で生成された前記信号を送信することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の通信機器。
【請求項５】
鳥インフルエンザ監視システムであって、
管理対象となる鳥に装着され、前記鳥の体温および加速度の少なくとも一方を測定するとともに、前記測定の結果をデータとして無線送信する端末と、
前記端末から送信された前記データに基づき、前記鳥の健康状態に異常が生じているか否かの判定を行う判定装置と、を備え、
前記端末が、請求項１から４のいずれか一項に記載のループアンテナ部を備えた通信機器であることを特徴とする鳥インフルエンザ監視システム。
【請求項１】
回路基板と、
前記回路基板上に実装された電子部品と、
前記回路基板上に設けられ、前記電子部品の外周側を取り囲むように環状に設けられたループアンテナ部と、を備え、
前記ループアンテナ部は、前記回路基板上に、絶縁層と導電体層とを交互に複数組積層し、複数組の前記導電体層が並列接続されていることで形成されていることを特徴とする通信機器。
【請求項２】
前記ループアンテナ部は、前記回路基板上に実装された前記電子部品の高さよりも高く形成されていることを特徴とする請求項１に記載の通信機器。
【請求項３】
前記ループアンテナ部には、当該ループアンテナ部の内側空間を覆う蓋体が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の通信機器。
【請求項４】
温度および加速度の少なくとも一方を検出するセンサ部と、
前記センサ部で検出したデータを送信するため信号を生成する送信制御部と、をさらに備え、
前記ループアンテナ部は、前記送信制御部で生成された前記信号を送信することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の通信機器。
【請求項５】
鳥インフルエンザ監視システムであって、
管理対象となる鳥に装着され、前記鳥の体温および加速度の少なくとも一方を測定するとともに、前記測定の結果をデータとして無線送信する端末と、
前記端末から送信された前記データに基づき、前記鳥の健康状態に異常が生じているか否かの判定を行う判定装置と、を備え、
前記端末が、請求項１から４のいずれか一項に記載のループアンテナ部を備えた通信機器であることを特徴とする鳥インフルエンザ監視システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−４２３６４（Ｐ２０１３−４２３６４Ａ）
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７７９１７（Ｐ２０１１−１７７９１７）
【出願日】平成２３年８月１６日（２０１１．８．１６）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２３年度、独立行政法人科学技術振興機構戦略的創造研究推進事業（ＣＲＥＳＴ）「安全・安心のためのアニマルウォッチセンサ端末の開発」産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１６日（２０１１．８．１６）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２３年度、独立行政法人科学技術振興機構戦略的創造研究推進事業（ＣＲＥＳＴ）「安全・安心のためのアニマルウォッチセンサ端末の開発」産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]