通信システム並びに通信装置
【課題】至近距離の通信機同士で高周波・広帯域信号を用いて高速な近接無線通信を行なう。
【解決手段】通信システムは、誘導結合方式により近接無線通信を行なうトランスポンダ及びリーダライタで構成され、距離に対し電界強度が急峻に変化するので、近接させたか否かの判断が正確になり、リーダライタにトランスポンダを近づける動作を行なうユーザの意図に応じて通信を開始させることができる。また、高速大容量の無線通信手段を装備し、近接させたか否かの判断結果に応じてその電源オン／オフをコントロールして、高速通信と低消費電力化を実現する。
【解決手段】通信システムは、誘導結合方式により近接無線通信を行なうトランスポンダ及びリーダライタで構成され、距離に対し電界強度が急峻に変化するので、近接させたか否かの判断が正確になり、リーダライタにトランスポンダを近づける動作を行なうユーザの意図に応じて通信を開始させることができる。また、高速大容量の無線通信手段を装備し、近接させたか否かの判断結果に応じてその電源オン／オフをコントロールして、高速通信と低消費電力化を実現する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、至近距離の通信機同士で無線によるデータ伝送を行なう通信システム並びに通信装置に係り、特に、高周波・広帯域信を用いて高速な近接無線通信を行なう通信システム並びに通信装置に関する。
【０００２】
さらに詳しくは、本発明は、通信機を近づける動作をトリガとして近接無線通信を開始する通信システム並びに通信装置に係り、特に、通信機を「近接させる」のか「近接させない」のかの判断を正確に行なって所望する通信相手とのみ的確に通信を開始するとともに、待機時における通信機の電力消費を抑制する通信システム並びに通信装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
現在、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）などの非接触若しくは近接無線による通信システムが広範に普及しており、例えば非接触ＩＣカードによる乗車券や定期券、コンビニエンスストアでの支払いなど、その利用範囲は拡大している。ＲＦＩＤシステムなどで利用される近接無線通信方法には、静電結合方式、電磁誘導方式、電波通信方式などが挙げられる。また、近接無線伝送は、伝送距離に応じて、密着型（０〜２ｍｍ以下）、近接型（０〜１０ｃｍ以下）、近傍型（０〜７０ｃｍ以下）の３種類に分類することができる。
【０００４】
これら近接無線通信は、無線設備から３メートルの距離での電界強度（電波の強さ）が所定レベル以下となる微弱無線が可能であり、無線局の免許を受ける必要はない。また、伝送データを傍受する不正な機器が介在する余地はなく、伝送路上でハッキングの防止や秘匿性の確保を考慮する必要がないという利点がある。
【０００５】
例えば、２端子アンテナの端子間インピーダンスを変化させる無電源のＦＥＴトランジスタを用い、入射電波に対するアンテナインピーダンスの整合／不整合により反射電波を送信データで変調することにより、スイッチング素子を駆動するバイアス電源を使用することなく、極微電力の反射型データ送信装置について提案がなされている（例えば、特許文献１を参照のこと）。
【０００６】
近接無線通信システムは、一般に、無線通信機を近づける（例えばＩＣカードなどのトランスポンダをリーダライタに接近させる）という動作をトリガとして、通信を開始する。しかしながら、アンテナを用いた電波通信では放射電界の電界強度が距離に反比例して比較的緩やかに変化するので、無線通信機を「近接させる」のか「近接させない」のかの判断が曖昧になり、ユーザの意図に反して通信状態に移行したり、あるいは逆に通信したくて近接させたにも拘らず必要な電界強度が得られずに通信状態に移行できなかったりする。また、アンテナは、デバイスの製造ばらつき、特に受信感度のばらつきによる影響が大きいことが懸念される。具体的には、受信感度のバラツキが±３ｄＢあるとすると、通常のアンテナでは通信可能距離がほぼ２倍も異なる。このため、通信機の組み合わせなどによってトリガがかかる距離が変わり、安定した通信動作を確保することができない。
【０００７】
バーコードや赤外線通信などの手段を使って識別情報を取得する方法や（例えば、特許文献２、特許文献３を参照のこと）、人体などの電界伝送媒体を介して通信を行なう方法（例えば、特許文献４を参照のこと）なども提案されているが、いずれの通信システムにおいても、通信距離の制御は困難であると思料される。
【０００８】
他方、静電界や誘導電界は発生源から距離の３乗並びに２乗にそれぞれ反比例する、すなわち電界強度が距離に対し急峻に変化することから、静電結合方式や誘導結合方式の近接通信システムによれば、電界強度が距離に対し急峻に変化するので、「近接させる／近接させない」の判断が正確となり、ユーザの意図に応じた通信動作を実現することができる。
【０００９】
しかしながら、静電結合や誘導結合を用いた従来の近接無線通信システムの多くは、低周波数信号を用いているため通信速度が遅く、大量のデータ伝送には不向きであり、信号の伝送効率がよくない。例えば、密着型の非接触ＩＣカードの国際規格であるＩＳＯ／ＩＥＣ１０５３６では、誘導結合又は静電結合のどちらかが使用されるが、伝送速度が９６００ｂｐｓと比較的遅い。
【００１０】
また、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）など高速通信が可能な無線通信システムは既に存在するが、一般に通信を行なわない待機期間であっても多くの電力を消費するという問題がある。とりわけバッテリ駆動するモバイル方の通信機は小型・軽量化のためには省電力化は極めて重要である。しかしながら、待機期間に通信機の電源を完全にオフにしてしまうと、通信相手が接近してもこれを検知することができず、通信を開始できないことになる。
【００１１】
例えば、利用者から指示された通信可能な範囲（距離）に応じて、送信アンプ並びに受信アンプのゲインを段階的に切り替えることによって、無線通信装置が限定的な範囲内の相手に対してのみデータ送信するようにした通信システムについて提案がなされており（例えば、特許文献５を参照のこと）、受信アンプのゲインを低くすることによって受信アンプから有効なレベルが出力されず、後段の処理部が動作しないことから、不要な電力消費や不要な処理負荷を低減することができる。しかしながら、送信アンプや受信アンプのゲインを段階的に設定するという方法では、待機時の電力消費を完全に抑えることはできない。
【００１２】
【特許文献１】特許第２７０５０７６号公報
【特許文献２】特許第３７５６７４１号公報
【特許文献３】特開２００６−１８６４１８号公報
【特許文献４】特開２００６−１６５６９０号公報
【特許文献５】特開２００１−１２８２４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、至近距離の通信機同士で高周波・広帯域信号を用いて高速な近接無線通信を行なうことができる、優れた通信システム並びに通信装置を提供することにある。
【００１４】
本発明のさらなる目的は、通信機を「近接させる」のか「近接させない」のかの判断を正確に行なって所望する通信相手とのみ的確に通信を開始することができる、優れた通信システム並びに通信装置を提供することにある。
【００１５】
本発明のさらなる目的は、通信機を「近接させない」待機時における通信機の電力消費を抑制することができる、優れた通信システム並びに通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、トランスポンダとリーダライタ間で誘導結合を利用した近接無線通信を行なう通信システムであって、
前記リーダライタは、第１の電極を含んだ電界カプラと、前記第１の電極に対し無変調キャリアの信号を印加する手段と、前記第１の電極に現れた受信信号を読み取ってデータを復調する受信手段を備え、
前記トランスポンダは、第２の電極を含んだ電界カプラと、前記第２の電極の負荷インピーダンスを切り替える負荷インピーダンス切替手段を備え、
前記第１及び第２の電極の間で誘導結合作用が発生する程度に前記リーダライタ及びトランスポンダ同士が接近した通信状態において、前記トランスポンダ側では、送信データに応じて前記負荷インピーダンス切替手段によって前記第２の電極の負荷インピーダンスを切り替え、前記リーダライタ側では、前記第２の電極の負荷インピーダンスの切替に伴う前記第１の電極のインピーダンスの変化に応じて前記第１の電極に現れる受信信号を前記受信手段がデータ復調する、
ことを特徴とする通信システムである。
【００１７】
但し、ここで言う「システム」とは、複数の装置（又は特定の機能を実現する機能モジュール）が論理的に集合した物のことを言い、各装置や機能モジュールが単一の筐体内にあるか否かは特に問わない。
【００１８】
近接無線通信として静電結合方式、誘導結合方式、電波通信方式などが挙げられ、既にＲＦＩＤシステムなどで広く利用に供されている。近接無線通信システムは、一般に、無線通信機を近づける動作をトリガとして、通信を開始する。ところが、電波通信方式では、電界強度が距離に対し緩やかに変化することから、「近接させる／近接させない」の判断が曖昧になり、ユーザの意図に反して通信状態になったり、逆に近接させたのに通信が開始しなかったりするという問題がある。
【００１９】
これに対し、本発明に係る通信システムは、誘導結合方式により近接無線通信を行なうトランスポンダ及びリーダライタで構成されている。誘導結合によって生じる電界強度は、発生源からの距離の２乗に反比例する。したがって、本発明に係る通信システムによれば、トランスポンダ及びリーダライタ間の距離に対し電界強度が急峻に変化するので、「近接させる／近接させない」の判断が正確にとなり、リーダライタにトランスポンダを近づける動作を行なうユーザの意図に応じて通信を開始させることができる。
【００２０】
本発明に係る通信システムでは、リーダライタは、第１の電極を含んだ電界カプラと、第１の電極に対し無変調キャリアの信号を印加する手段と、第１の電極に現れた受信信号を読み取ってデータを復調する受信手段を備えている。一方のトランスポンダは、第２の電極を含んだ電界カプラと、第２の電極の負荷インピーダンスを切り替える負荷インピーダンス切替手段を備えている。
【００２１】
そして、第１及び第２の電極の間で誘導結合作用が発生する程度にリーダライタ及びトランスポンダ同士が接近した通信状態では、トランスポンダ側で、送信データに応じて前記負荷インピーダンス切替手段によって第２の電極の負荷インピーダンスを切り替えるようにする。すると、第２の電極の負荷インピーダンスの切替に伴う第１の電極のインピーダンスの変化に応じて第１の電極には受信信号が現れる。リーダライタ側では、受信手段が受信信号をデータ復調することによって、トランスポンダからデータを読み取ることができる。
【００２２】
上述したように、誘導電界を利用した近接無線通信システムは、電界強度が距離に対し急峻に変化するので、「近接させる／近接させない」の判断が正確になる。しかしながら、従来の誘導結合方式の近接無線通信システムは、高周波・広帯域信号の伝送には適していないことから、高速通信を行なうことができないという問題がある。
【００２３】
そこで、誘導結合方式により近接無線通信を行なうトランスポンダ及びリーダライタからなる通信システムに、高速大容量の無線通信手段を装備することによって、高速通信を実現することができる。
【００２４】
追加装備する高速大容量無線通信手段として、既存の無線ＬＡＮなど、誘導結合方式とは全く異なる無線通信技術を適用することができる。あるいは、高周波・広帯域信号の伝送に適した電界カプラを用いることによって、トランスポンダ及びリーダライタからなる近接無線通信に加えて、高速通信も誘導結合方式により行なうことが可能である。誘導結合方式による高速通信は、例えば近接無線通信よりも高いデータレートの変調方式を採用することによっても実現する。
【００２５】
さらに、高速通信は、一般に通信を行なわない待機期間であっても多くの電力を消費するという問題がある。
【００２６】
そこで、近距離ではより強く結合する一方で距離が大きくなると急激に結合が弱くなるという誘導結合方式の近接無線通信の伝搬特性を利用して、「近接させる／近接させない」の正確な判断結果に基づいて、併設した高速大容量無線通信手段の電源オン／オフをコントロールするようにしてもよい。多くの電力を消費する高速大容量無線通信手段を、必要なときだけ電源オンの状態に切り替えるようにすることによって、待機時の電力消費を完全に抑えることが可能となる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、至近距離の通信機同士で高周波・広帯域信号を用いて高速な近接無線通信を行なうことができる、優れた通信システム並びに通信装置を提供することができる。
【００２８】
また、本発明によれば、通信機を「近接させる」のか「近接させない」のかの判断を正確に行なって所望する通信相手とのみ的確に通信を開始することができる、優れた通信システム並びに通信装置を提供することができる。
【００２９】
また、本発明によれば、通信機を「近接させない」待機時における通信機の電力消費を抑制することができる、優れた通信システム並びに通信装置を提供することができる。
【００３０】
本発明に係る通信システムは、無線通信機を近づけるという動作をトリガにして通信を開始する近接無線通信を行なうが、アンテナよりも距離による電界強度の変化が急峻となる電界カプラを使うことで、「近接する/近接させない」区別がより明確になる。この結果、ユーザの意図をよりよく反映させることができるので、ユーザの使い勝手が向上し、常に一定の距離で安定した動作を行なうことができる。
【００３１】
ここで、従来の誘導結合方式の近接無線通信システムは、高周波・広帯域信号の伝送には適していないことから、高速通信を行なうことができない、という問題がある。これに対し、本発明では、誘導結合方式により近接無線通信を行なうトランスポンダ及びリーダライタからなる通信システムに、高速大容量の無線通信手段を追加して装備することによって、高速通信を実現することができる。
【００３２】
また、高速大容量の無線通信手段は一般に多くの電力を消費する、という問題がある。そこで、本発明に係る通信システムでは、高速通信を行なわない待機時には高速大容量の無線通信手段を停止させて電力の消費を抑制することができる。高速大容量の無線通信手段を停止させているときには、省電力となる近接無線通信手段のみによる通信を行なうので、所望の通信相手が通信可能な範囲に接近した（すなわち、トランスポンダがリーダライタに接近した）ことが確認できた時に、それをトリガにして高速大容量の無線通信手段を活動化するので、電力を効率的に使用することができる。トランスポンダが内部に電源を持たなくても送信データに応じて負荷インピーダンスを切り替え、リーダライタに現れる受信信号をデータ復調することが可能なので、特に、小型・小型化のため省電力化の要求が厳しいモバイル型の通信端末では、待機時の電力消費を完全に０にするか、あるいはトランスポンダ内部に電源を持つ場合でも消費電力を非常に小さい値に抑えることができる。
【００３３】
本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。
【００３５】
近接無線通信として静電結合方式、誘導結合方式、電波通信方式などが挙げられ、既にＲＦＩＤシステムなどで広く利用に供されている。近接無線通信システムは、一般に、無線通信機を近づける動作をトリガとして、通信を開始する。ところが、電波通信方式では、電界強度が距離に対し緩やかに変化することから、「近接させる／近接させない」の判断が曖昧になり、ユーザの意図に反して通信状態になったり、逆に近接させたのに通信が開始しなかったりするという問題がある。
【００３６】
これに対し、本発明に係る通信システムは、誘導結合方式により近接無線通信を行なうトランスポンダ及びリーダライタで構成されている。誘導結合によって生じる電界強度は、発生源からの距離の２乗に反比例する。したがって、本発明に係る通信システムによれば、トランスポンダ及びリーダライタ間の距離に対し電界強度が距離に対し急峻に変化するので、「近接させる／近接させない」の判断が正確になり、リーダライタにトランスポンダを近づける動作を行なうユーザの意図に応じて通信を開始させることができる。周波数４．５ＧＨｚにおける電界カプラ（誘導結合方式）とアンテナ（電波通信方式）をそれぞれ用いた通信システムにおける送受信間距離に対する伝搬損の測定結果を図５に示しておく。
【００３７】
図１Ａ及び図１Ｂには、本発明の一実施形態に係る通信システムの構成例を示している。図示の通信システムは、リーダライタとして動作するホスト１と、トランスポンダとして動作する端末２で構成され、トランスポンダ及びリーダ間では誘導結合を利用した近接無線通信が行なわれる。かかる近接無線通信システムでは、例えば、トランスポンダは識別コードなどの情報を不揮発的に記憶しており、リーダライタからの読み出し要求（質問信号）に応じて識別コードを読み出して返送する。
【００３８】
まず、ホスト１から端末２へデータ送信する場合について説明する。ホスト１側では、ホスト機能部１３から供給される送信データは、制御インターフェース１５を介してホスト通信制御機能部１２の変調機能部１２２において変調される。変調信号１６は、ミキサ１１２によりＲＦ機能部１１のキャリア発生源１１１によって生成されたキャリア３１に載せられ、さらに電力増幅アンプ１１３により増幅された後、方向結合作用を持つサーキュレータ１１７及び電界カプラ１４を介して、変調波信号３１として端末２に送信される。これに対し、端末２のＲＦ機能部２１は、電界カプラ２４で変調波信号３１を受信するとこれを復調して復調信号２７を得る。復調機能部２２３は復調信号２７をデータ復調し、制御インターフェース２５を介して端末機能部２３に渡す。端末機能部２３は、必要に応じて、受信データの保存、画面（図示しない）への表示、ユーザへの受信通達などを行なう。
【００３９】
続いて、端末２からホスト１へデータ送信する場合について説明する。端末２の端末機能部２３から供給される送信データは、通信制御機能部２２の変調機能部２２２によって変調される。ＲＦ機能部２１のスイッチ２１１を変調信号２６に応じてオン／オフ操作することによって、電界カプラ２４の負荷インピーダンス２１２を切り替える。
【００４０】
変調機能部２２２は、端末２の端末機能部２３よりビット系列からなる送信データを受け取ると、データのビット・イメージに従って、電界カプラ２４に接続されたスイッチ２１１のオン／オフ動作を行なう。例えば、データが１のときはスイッチ２１１をオンに、データが０のときオフとする。
【００４１】
スイッチ２１１がオンのとき、電界カプラ２４は負荷インピーダンス２１２で終端し、オフのときは電界カプラ２４をオープンにする。この動作は、転送先（すなわち、ホスト１側の電界カプラ１４）で発生する誘導電界（無変調キャリア３１）に対して、スイッチ２１１がオンのときは誘導結合が作用し、オフのときは誘導結合が作用せずホスト側では電界カプラ１４で送信信号が反射する（外部に電波は放射されない）という振る舞いをする。したがって、ホスト１では、誘導結合が作用したか否かの有無を検出することによって、無変調キャリア３１が負荷変調され、端末２からの送信データを読み取ることができる。
【００４２】
上述したような負荷インピーダンス２１２の切り替えによるデータ伝送は、ＡＳＫ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調方式に相当する。
【００４３】
このようにして、端末２は、ホスト１側から受信する無変調キャリア３１に対し、誘導結合を発生するか否かの切り替えで得られる変調信号３２がホスト１に送信される。これに対し、ホスト１側のＲＦ機能部１１は、電界カプラ１４で変調信号３２を受信すると、低雑音アンプ１１４により増幅され、さらに直交復調器１１５でキャリア発生源１１１からのローカル信号と乗算され、復調信号を得る。復調信号は、ＡＧＣ（Ａｕｔｏ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）１１６によりゲイン調整が施された後、復調機能部１２３によってデータ復調され、制御インターフェース１５を介してホスト機能部１３に渡される。ホスト機能部１３は、必要に応じて、受信データの保存や、画面（図示しない）への表示、ユーザへの受信通達などを行なう。
【００４４】
また、上述したデータ送受信機能に加え、ホスト１及び端末２に相互で機能するプロトコル機能部１２１及び２２１を通信制御機能１２及び２２に設けることで、ホスト１と端末２の間で接続、切断、などのプロトコル制御が実現される。
【００４５】
図１に示した近接無線通信システムは、近接通信の結合ユニットとしてアンテナの代わりに電界カプラを用いている。そうすることで、高周波・広帯域の信号を扱うことが可能になり、より高速の反射型送信装置を実現する。また、アンテナによる電界よりも電界カプラによる電界の方が距離に対して急峻に変化するので、「近接する／近接させない」という動作に対してより明確に「通信する／通信しない」という状態を対応付けることができ、ユーザの操作性を改善する。
【００４６】
トランスポンダは独自の電力源（電池）を持たず、リーダライタの交信領域に入るまでは待ち受け状態となっている。トランスポンダはリーダライタの交信領域に入ったときに活動化される。トランスポンダを活動化するために必要な電力は、リーダライタから電界カプラを通して非接触でトランスポンダに供給することができる。あるいは、トランスポンダに電池を埋め込んでも良いが、トランスポンダの消費電力はマイクロワット程度の非常に小さいものとなる。
【００４７】
上述したように、図１に示した近接無線通信システムは、トランスポンダとしての端末２側でのスイッチング動作に伴う電界カプラ２４の負荷インピーダンス切り替えによって誘導結合による通信動作を実現するものである。負荷インピーダンスの切り替えによりトランスポンダ側でキャリアの発生源を持たずにデータ伝送を行なう、という観点からは、図１に示した近接通信システムは、「バックスキャッタ」とも呼ばれる反射波伝送システムに類似する。
【００４８】
ここで、反射波伝送システムでは、トランスポンダは無変調キャリアに対し変調処理を施した反射波によりデータを送信する反射器を備え、リーダライタは反射器からの変調反射波信号からデータを読み取る反射波読取器を備えている。そして、反射器は、反射波読取器から無変調キャリアが送られてくると、アンテナ負荷インピーダンスの切り替え操作などに基づいてその反射波に変調を施して送信データを重畳する。すなわち、反射器側ではデータ送信に際してキャリア発生源が不要であることから、低消費でデータ伝送動作を駆動する。そして、反射波読取器側では、このような変調反射波を受信し、復調並びに復号処理して伝送データを取得することができる。
【００４９】
反射波伝送システムと本発明に係る誘導結合方式の近接無線通信システムとの主な相違点として、前者の場合にはリーダライタの通信範囲にトランスポンダがいないときにはリーダライタから送出された無変調キャリアは反射されないのに対し（言い換えれば、外部に電波が放射され、近隣の通信システムや電子機器への影響が懸念される）（図２Ａを参照のこと）、後者の場合にはリーダライタの通信範囲にトランスポンダが存在しないと誘導結合が作用しない（言い換えれば、送信信号はリーダライタ内の電界カプラの電極で反射され、リーダライタから外部に電波が放射されない）、ということを挙げることができる。したがって、本発明に係る近接無線通信システムによれば、非通信時における不要輻射を低減することができる。
【００５０】
なお、反射波伝送システムの詳細に関しては、例えば、本出願人に既に譲渡されている特開２００５−１３６６６６号公報などを参照されたい。
【００５１】
上述したように、誘導電界を利用した近接無線通信システムは、電界強度が距離に対し急峻に変化するので、「近接させる／近接させない」の判断が正確になる。しかしながら、従来の誘導結合方式の近接無線通信システムは、高周波・広帯域信号の伝送には適していないことから、高速通信を行なうことができないという問題がある。
【００５２】
これに対し、本発明では、誘導結合方式により近接無線通信を行なうトランスポンダ及びリーダライタからなる通信システムに、高速大容量の無線通信手段を追加して装備することによって、高速通信を実現することができる。
【００５３】
また、高速通信は一般に通信を行なわない待機期間であっても多くの電力を消費するという問題がある。そこで、近距離ではより強く結合する一方で距離が大きくなると急激に結合が弱くなるという誘導結合方式の近接無線通信の伝搬特性を利用して、「近接させる／近接させない」の正確な判断結果に基づいて、併設した高速大容量無線通信手段の電源オン／オフをコントロールするようにしてもよい。多くの電力を消費する高速大容量無線通信手段を、必要なときだけ電源オンの状態に切り替えるようにすることによって、待機時の電力消費を完全に抑えることが可能となる。
【００５４】
図３には、高速大容量無線通信手段を兼ね備えた近接無線通信システムの構成例を示している。図示の例では、追加装備する高速大容量無線通信手段として、既存の無線ＬＡＮなど、誘導結合方式とは全く異なる無線通信技術を用いたものを適用している。
【００５５】
図示の通信システムは、ホスト１と端末２からなる。ホスト１は、近接無線通信のリーダライタ機能を有する通信手段１Ａと、高速大容量無線通信機能を有する通信手段１Ｂを備えた、例えば据え置き型の通信装置である。また、端末２は、近接無線通信のトランスポンダ機能を有する通信手段２Ａと、大容量無線通信機能を有する通信手段２Ｂを備えた、例えばモバイル系の通信装置である。
【００５６】
近接無線通信のリーダライタ機能を有する通信手段１Ａと、近接無線通信のトランスポンダ機能を備えた通信手段２Ａは、図１Ａ及び図１Ｂに示した、リーダライタとして動作するホスト及びトランスポンダとして動作する端末の各ＲＦ機能部１１及び２１の構成と同様なので、ここでは説明を省略する。また、高速大容量無線通信機能を有する通信手段１Ｂ及び２Ｂには、例えばＩＥＥＥ８０２．１１などの無線ＬＡＮ機能を適用することができるが、本発明の要旨は高速大容量無線通信を実現する特定の手段には限定されない。
【００５７】
ホスト１は、通信手段１Ａ及び１Ｂの駆動電力を供給する電源部１Ｃを備えている。また、端末２側では、通信手段２Ｂの駆動電力を供給する電源部２Ｃを備えているが、近接無線通信のトランスポンダに相当する通信手段２Ａは無電源で（言い換えれば、リーダライタからの無変調キャリアから得られる電力を駆動電源として）動作する。
【００５８】
通常の動作時（若しくは、高速大容量無線通信における待機期間において）、通信手段１Ｂ及び２Ｂは電源がオフの状態に設定される。そして、トランスポンダとしての通信手段２Ａがリーダライタとしての通信手段１Ａに近接し、通信を行なって互いに有効な通信相手であると確認されたときに、ホスト１側では、通信手段１Ａは、通信手段１Ｂの電源をオンにする処理を行なうとともに、通信手段１Ｂを通じて近接無線通信により読み出した端末２の情報（識別コードなど）を、通信手段１Ｂに渡す。また、端末２側では、通信手段２Ａは、通信手段２Ｂの電源をオンにする処理を行なうとともに、通信手段１Ａを通じて近接無線通信により得られたホスト１の情報（識別コードなど）を通信手段２Ｂに渡す。その後、ホスト１と端末２間では、引き続き通信手段１Ｂと２Ｂによって、高速の無線通信を行なう。
【００５９】
高速無線通信の際、相手の情報（識別コードなど）を通信手段１Ａ及び２Ａからそれぞれ通信手段１Ｂ及び２Ｂに渡すことにより、通信手段１Ｂ及び２Ｂ間での認証プロセスを省略することができ、通信時間を短縮することができる。
【００６０】
そして、通信手段１Ｂと２Ｂの間での高速大容量通信が終了したときには、一定の時間を置いて通信手段１Ｂと２Ｂの電源はともにオフになり、通信手段１Ａのみが交信範囲の通信手段２Ａと通信可能となる通常の状態（若しくは、高速大容量無線通信における待機期間）となる。
【００６１】
近接無線通信のトランスポンダである通信手段２Ａが無電源の場合には、より確実に相手のＩＤ情報を通信手段２Ｂに渡すためには、通信手段２Ａ及び２Ｂの両者からアクセス可能な不揮発性メモリを搭載し、そこに書き込むようにすると良い。
【００６２】
また、図４には、高速大容量無線通信手段を兼ね備えた近接無線通信システムについての他の構成例を示している。図示の例では、追加装備する高速大容量無線通信手段として、低速な近接無線通信と同じ誘導結合方式の無線通信技術を適用している。トランスポンダ及びリーダライタからなる近接無線通信に加えて、高速通信も誘導結合方式により行なうことが可能である。誘導結合方式による高速通信は、例えば近接無線通信よりも高いデータレートの変調方式を採用することによっても実現する。
【００６３】
図示の通信システムは、ホスト１と端末２からなる。ホスト１は、近接無線通信のリーダライタ機能を有する通信手段１Ａと、高速大容量無線通信機能を有する通信手段１Ｂを備えた、例えば据え置き型の通信装置である。また、端末２は、近接無線通信のトランスポンダ機能を有する通信手段２Ａと、大容量無線通信機能を有する通信手段２Ｂを備えた、例えばモバイル系の通信装置である（同上）。
【００６４】
近接無線通信のリーダライタ機能を有する通信手段１Ａと、近接無線通信のトランスポンダ機能を備えた通信手段２Ａは、図１Ａ及び図１Ｂに示した、リーダライタとして動作するホスト及びトランスポンダとして動作する端末の各ＲＦ機能部１１及び２１の構成と同様なので、ここでは説明を省略する。
【００６５】
高速大容量無線通信機能を有する通信手段１Ｂ及び２Ｂは、通信手段１Ａ及び２Ａの組み合わせと同様に、誘導結合方式の無線通信技術が採用されている。したがって、ホスト１側では、通信手段１Ａ及び１Ｂが１つの電界カプラを共用しており、切り替えスイッチによって時分割で電界カプラを使用することができる。同様に、端末２側でも、通信手段２Ａ及び２Ｂが１つの電界カプラを共用しており、切り替えスイッチによって時分割で電界カプラを使用することができる。
【００６６】
リーダライタ及びトランスポンダとしての近接無線通信を行なう通信手段１Ａ及び２Ａ間では、負荷インピーダンスの切り替えにより、ＡＳＫ変調方式に相当するデータ伝送を行なうから、データレートは低いものとなる。これに対し、高速大容量の無線通信を行なう通信手段１Ｂ及び２Ｂ間では、ＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ：４位相偏移変調）やＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：直交振幅変調）といった、よりデータレートの高い変調方式を採用すればよい。
【００６７】
通常の動作時（若しくは、高速大容量無線通信における待機期間において）、通信手段１Ｂ及び２Ｂは電源がオフの状態に設定されるとともに、各々の電界カプラは切り替えスイッチを介して通信手段１Ａ及び２Ａにそれぞれ接続されている。そして、トランスポンダとしての通信手段２Ａがリーダライタとしての通信手段１Ａに近接し、通信を行なって互いに有効な通信相手であると確認されたときに、ホスト１側では、通信手段１Ａは、通信手段１Ｂの電源をオンにする処理を行なうとともに、通信手段１Ｂを通じて近接無線通信により読み出した端末２の情報（識別コードなど）を、通信手段１Ｂに渡す。また、端末２側では、通信手段２Ａは、通信手段２Ｂの電源をオンにする処理を行なうとともに、通信手段１Ａを通じて近接無線通信により得られたホスト１の情報（識別コードなど）を通信手段２Ｂに渡す。
【００６８】
その後、各々の電界カプラは切り替えスイッチを介して通信手段１Ｂ及び２Ｂにそれぞれ接続切り替えされ、ホスト１側では端末２間では、引き続き通信手段１Ｂと２Ｂによって高速の無線通信を行なう。
【００６９】
高速無線通信の際、相手の情報（識別コードなど）を通信手段１Ａ及び２Ａからそれぞれ通信手段１Ｂ及び２Ｂに渡すことにより、通信手段１Ｂ及び２Ｂ間での認証プロセスを省略することができ、通信時間を短縮することができる（同上）。
【００７０】
そして、通信手段１Ｂと２Ｂの間での高速大容量通信が終了したときには、一定の時間を置いて通信手段１Ｂと２Ｂの電源はともにオフになり、また、各々の電界カプラは切り替えスイッチを介して通信手段１Ａ及び２Ａにそれぞれ接続切り替えされ、通信手段１Ａのみが交信範囲の通信手段２Ａと通信可能となる通常の状態（若しくは、高速大容量無線通信における待機期間）となる。
【００７１】
近接無線通信のトランスポンダである通信手段２Ａが無電源の場合には、より確実に相手のＩＤ情報を通信手段２Ｂに渡すためには、通信手段２Ａ及び２Ｂの両者からアクセス可能な不揮発性メモリを搭載し、そこに書き込むようにすると良い（同上）。
【００７２】
最後に、本発明に係る通信システムで使用する電界カプラの構成について詳解する。
【００７３】
高周波信号は空間での伝搬損が大きく、信号の伝送効率がよくない。このため、従来の誘導結合方式の近接無線通信システムでは、高周波・広帯域信号の伝送には適さず、その多くは、低周波数信号を用いているため通信速度が遅い。
【００７４】
これに対し、本発明者らは、高周波信号を電界結合で伝送することを提案する。具体的には、ＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ Ｗｉｄｅ Ｂａｎｄ）通信のように高周波、広帯域を使用する通信方式を電界結合に適用することで、微弱無線であるとともに、大容量データ通信を実現することができる。
【００７５】
ＵＷＢ通信は、本来はアンテナを用いた電波通信方式として開発された通信技術であり、３．１ＧＨｚ〜１０．６ＧＨｚという非常に広い周波数帯域を使用し、近距離ながら１００Ｍｂｐｓ程度の大容量の無線データ伝送を実現することができる。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１５．３では、ＵＷＢ通信のアクセス制御方式として、プリアンブルを含んだパケット構造のデータ伝送方式が考案されている。また、米インテル社は、パソコン向けの汎用インターフェースとして普及しているＵＳＢの無線版を検討している。
【００７６】
また、ＵＷＢ通信は、３．１ＧＨｚ〜１０．６ＧＨｚという伝送帯域を占有しなくても１００Ｍｂｐｓを超えるデータ伝送が可能であることやＲＦ回路の作り易さを考慮して、３．１〜４．９ＧＨｚのＵＷＢローバンドを使った伝送システムも開発が盛んである。本発明者らは、図４に示した高速大容量無線通信手段にＵＷＢローバンドを利用した誘導結合方式の無線通信技術を採用することで、例えばストレージ・デバイスを含む超高速な近距離用のＤＡＮ（Ｄｅｖｉｃｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）など、近距離エリアにおける高速データ伝送を実現することが可能であると考えている。
【００７７】
ここで、波長に対する伝搬距離の大きさに応じて伝搬損が大きくなるという問題があり、誘導結合により高周波信号を伝搬する際には伝搬損を十分低く抑える必要がある。ＵＷＢ信号のように高周波数の広帯域信号を電界結合で伝送する通信方式では、３ｃｍ程度の超近距離通信であっても使用周波数帯４ＧＨｚにとっては約２分の１波長に相当するため、無視することはできない。
【００７８】
ｋＨｚあるいはＭＨｚ帯の周波数を使った通信では、空間での伝搬損が小さいため、図６に示すように送信機及び受信機が電極のみからなる電界カプラを備え、結合部分が単純に平行平板コンデンサとして動作する場合であっても、所望のデータ伝送を行なうことができる。しかしながら、ＧＨｚ帯の高周波を使った通信では、空間での伝搬損が大きいため、信号の反射を抑え、伝送効率を向上させる必要がある。図７に示すように、送信機及び受信器のそれぞれにおいて高周波信号伝送路が所定の特性インピーダンスＺ0に調整されているとしても、平行平板コンデンサで結合しただけでは、結合部においてインピーダンス・マッチングをとることはできない。このため、結合部におけるインピーダンス不整合部分において、信号が反射することにより、効率が低下する。
【００７９】
そこで、本実施形態では、送受信のそれぞれの電界カプラを、図８に示すように、平板状の電極と、直列インダクタ、並列インダクタを高周波信号伝送路に接続して構成している。このような電界カプラを、図９に示すように向かい合わせて配置すると、２つの電極が１つのコンデンサとして動作し、全体としてバンドパス・フィルタのように動作するため、２つの電界カプラの間で効率よく高周波信号を伝達することができる。
【００８０】
ここで、送受信の電極間すなわち結合部分において、単にインピーダンス・マッチングを取り、反射波を抑えることだけを目的とするのであれば、図１０Ａに示すように、各電界カプラを平板状の電極と、直列インダクタ、並列インダクタを高周波信号伝送路に接続して構成する必要はなく、図１０Ｂに示すように各電界カプラを平板状の電極と直列インダクタを高周波信号伝送路に接続するという簡素な構造であってもよい。すなわち、高周波信号伝送路上に直列インダクタを挿入するだけでも、送信機側の電界カプラに対向して超近距離で受信機側の電界カプラが存在する場合において、結合部分におけるインピーダンスが連続的となるように設計することは可能である。
【００８１】
但し、図１０Ｂに示す構成例では、結合部分の前後における特性インピーダンスに変化はないので電流の大きさも変わらない。これに対し、図１０Ａに示したように、高周波信号伝送路末端の電極の手前において並列インダクタンスを介してグランドに接続した場合、電界カプラ単体としては、電界カプラの手前側の特性インピーダンスＺ0に対し、電界カプラの先の特性インピーダンスＺ1は低下する（すなわちＺ0＞Ｚ1）というインピーダンス変換回路としての機能を備えることになり、電界カプラへの入力電流Ｉ0に対し電界カプラの出力電流Ｉ1を増幅する（すなわちＩ0＜Ｉ1）ことができる。
【００８２】
図１１Ａ及び図１１Ｂには、並列インダクタンスを設けた場合と設けない場合の電界カプラのそれぞれにおいて、電極間の電界結合によって電界が誘起される様子を示している。同図からも電界カプラは直列インダクタに加えて並列インダクタを設けることによって、より大きな電界を誘起して、電極間で強く結合させることを理解できよう。また、図１１Ａに示すようにして電界近傍に大きな電界を誘起したとき、発生した電界は進行方向に振動する縦波として電極面の正面方向に伝搬する。この電界の波により、電極間の距離が比較的大きな場合であっても電極間で信号を伝搬することが可能になる。
【００８３】
したがって、ＵＷＢ信号などの高周波信号を電界結合により伝送する近接無線通信システムでは、電界カプラとして必須の条件は以下の通りとなる。
【００８４】
（１）電界で結合するための電極があること。
（２）より強い電界で結合させるための並列インダクタがあること。
（３）通信に使用する周波数帯において、電界カプラを向かい合わせに置いたときにインピーダンス・マッチングが取れるように、インダクタ、及び電極によるコンデンサの定数が設定されていること。
【００８５】
図９に示したように電極が対向する１組の電界カプラからなるバンドパス・フィルタは、直列インダクタと並列インダクタのインダクタンス、電極によって構成されるコンデンサのキャパシタンスによって、その通過周波数ｆ0を決定することができる。図１２には、１組の電界カプラからなるバンドパス・フィルタの等価回路を示している。特性インピーダンスＲ［Ω］、中心周波数ｆ0［Ｈｚ］、入力信号と通過信号の位相差をα［ラジアン］（π＜α＜２π）、電極によって構成されるコンデンサのキャパシタンスをＣ／２とすると、バンドパス・フィルタを構成する並列及び直列インダクタンスＬ1、Ｌ2の各定数は、使用周波数ｆ0に応じて下式で求めることができる。
【００８６】
【数１】
【００８７】
また、電界カプラ単体としてインピーダンス変換回路として機能する場合、その等価回路は図１３に示す通りとなる。図示の回路図において、下式を満たすように、使用周波数ｆ0に応じて並列インダクタンスＬ1及び直列インダクタンスＬ2をそれぞれ選ぶことにより、特性インピーダンスをＲ1からＲ2へ変換するインピーダンス変換回路を構成することができる。
【００８８】
【数２】
【産業上の利用可能性】
【００８９】
以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。
【００９０】
本明細書では、トランスポンダ及びリーダライタからなる誘導結合方式の近接無線通信システムに装備する高速大容量無線通信手段として電波通信方式を用いた実施形態について説明したが、本発明の要旨はこれに限定されるものではない。高速大容量であればあらゆる方式の無線通信手段を適用することができる。
【００９１】
要するに、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の一実施形態に係る通信システムにおけるホスト１の構成を模式的に示した図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の一実施形態に係る通信システムにおける端末２の構成を模式的に示した図である。
【図２Ａ】図２Ａは、反射波伝送システムと本発明に係る近接無線通信システムとの相違点を説明するための図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、反射波伝送システムと本発明に係る近接無線通信システムとの相違点を説明するための図である。
【図３】図３は、高速大容量無線通信手段を兼ね備えた近接無線通信システムの構成例を示した図である。
【図４】図４は、高速大容量無線通信手段を兼ね備えた近接無線通信システムについての他の構成例を示した図である。
【図５】図５は、電界カプラ（誘導結合方式）とアンテナ（電波通信方式）をそれぞれ用いた通信システムにおける送受信間距離に対する伝搬損の測定結果を示した図である。
【図６】図６は、ｋＨｚあるいはＭＨｚ帯の周波数を使った通信において、送信機及び受信機が電極のみからなる電界カプラを備え、結合部分が単純に平行平板コンデンサとして動作する構成例を示した図である。
【図７】図７は、ＧＨｚ帯の高周波を使った通信において、結合部におけるインピーダンス不整合部分において、信号が反射することにより伝搬損が生じる様子を示した図である。
【図８】図８は、送信機及び受信機のそれぞれに配置される電界カプラの構成例を示した図である。
【図９】図９は、図８に示した電界カプラの電極同士を向かい合わせて配置した様子を示した図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、図８に示した電界カプラの単体での特性を説明するための図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、図８に示した電界カプラの単体での特性を説明するための図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、インピーダンス変換器としての機能により電界カプラが電界を誘起する様子を示した図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、インピーダンス変換器としての機能により電界カプラが電界を誘起する様子を示した図である。
【図１２】図１２は、１組の電界カプラからなるバンドパス・フィルタの等価回路を示した図である。
【図１３】図１２は、１組の電界カプラにより単体として構成されるインピーダンス変換回路の等価回路を示した図である。
【符号の説明】
【００９３】
１…ホスト
１１…ＲＦ機能部
１１１…キャリア発生源
１１２…ミキサ
１１３…電力増幅アンプ
１１４…低雑音アンプ
１１５…直交復調器
１１６…ＡＧＣ
１１７…サーキュレータ
１２…通信制御機能部
１２１…プロトコル制御部
１２２…変調機能部
１２３…復調機能部
１３…ホスト機能部
１４…電界カプラ
２…端末
２１…ＲＦ機能部
２１１…スイッチ
２１２…負荷インピーダンス
２１３…バンドパス・フィルタ（ＢＰＦ）
２１４…ＡＳＫ検波部
２２…通信制御機能部
２２１…プロトコル制御部
２２２…変調機能部
２２３…復調機能部
２３…端末機能部
２４…電界カプラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、至近距離の通信機同士で無線によるデータ伝送を行なう通信システム並びに通信装置に係り、特に、高周波・広帯域信を用いて高速な近接無線通信を行なう通信システム並びに通信装置に関する。
【０００２】
さらに詳しくは、本発明は、通信機を近づける動作をトリガとして近接無線通信を開始する通信システム並びに通信装置に係り、特に、通信機を「近接させる」のか「近接させない」のかの判断を正確に行なって所望する通信相手とのみ的確に通信を開始するとともに、待機時における通信機の電力消費を抑制する通信システム並びに通信装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
現在、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）などの非接触若しくは近接無線による通信システムが広範に普及しており、例えば非接触ＩＣカードによる乗車券や定期券、コンビニエンスストアでの支払いなど、その利用範囲は拡大している。ＲＦＩＤシステムなどで利用される近接無線通信方法には、静電結合方式、電磁誘導方式、電波通信方式などが挙げられる。また、近接無線伝送は、伝送距離に応じて、密着型（０〜２ｍｍ以下）、近接型（０〜１０ｃｍ以下）、近傍型（０〜７０ｃｍ以下）の３種類に分類することができる。
【０００４】
これら近接無線通信は、無線設備から３メートルの距離での電界強度（電波の強さ）が所定レベル以下となる微弱無線が可能であり、無線局の免許を受ける必要はない。また、伝送データを傍受する不正な機器が介在する余地はなく、伝送路上でハッキングの防止や秘匿性の確保を考慮する必要がないという利点がある。
【０００５】
例えば、２端子アンテナの端子間インピーダンスを変化させる無電源のＦＥＴトランジスタを用い、入射電波に対するアンテナインピーダンスの整合／不整合により反射電波を送信データで変調することにより、スイッチング素子を駆動するバイアス電源を使用することなく、極微電力の反射型データ送信装置について提案がなされている（例えば、特許文献１を参照のこと）。
【０００６】
近接無線通信システムは、一般に、無線通信機を近づける（例えばＩＣカードなどのトランスポンダをリーダライタに接近させる）という動作をトリガとして、通信を開始する。しかしながら、アンテナを用いた電波通信では放射電界の電界強度が距離に反比例して比較的緩やかに変化するので、無線通信機を「近接させる」のか「近接させない」のかの判断が曖昧になり、ユーザの意図に反して通信状態に移行したり、あるいは逆に通信したくて近接させたにも拘らず必要な電界強度が得られずに通信状態に移行できなかったりする。また、アンテナは、デバイスの製造ばらつき、特に受信感度のばらつきによる影響が大きいことが懸念される。具体的には、受信感度のバラツキが±３ｄＢあるとすると、通常のアンテナでは通信可能距離がほぼ２倍も異なる。このため、通信機の組み合わせなどによってトリガがかかる距離が変わり、安定した通信動作を確保することができない。
【０００７】
バーコードや赤外線通信などの手段を使って識別情報を取得する方法や（例えば、特許文献２、特許文献３を参照のこと）、人体などの電界伝送媒体を介して通信を行なう方法（例えば、特許文献４を参照のこと）なども提案されているが、いずれの通信システムにおいても、通信距離の制御は困難であると思料される。
【０００８】
他方、静電界や誘導電界は発生源から距離の３乗並びに２乗にそれぞれ反比例する、すなわち電界強度が距離に対し急峻に変化することから、静電結合方式や誘導結合方式の近接通信システムによれば、電界強度が距離に対し急峻に変化するので、「近接させる／近接させない」の判断が正確となり、ユーザの意図に応じた通信動作を実現することができる。
【０００９】
しかしながら、静電結合や誘導結合を用いた従来の近接無線通信システムの多くは、低周波数信号を用いているため通信速度が遅く、大量のデータ伝送には不向きであり、信号の伝送効率がよくない。例えば、密着型の非接触ＩＣカードの国際規格であるＩＳＯ／ＩＥＣ１０５３６では、誘導結合又は静電結合のどちらかが使用されるが、伝送速度が９６００ｂｐｓと比較的遅い。
【００１０】
また、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）など高速通信が可能な無線通信システムは既に存在するが、一般に通信を行なわない待機期間であっても多くの電力を消費するという問題がある。とりわけバッテリ駆動するモバイル方の通信機は小型・軽量化のためには省電力化は極めて重要である。しかしながら、待機期間に通信機の電源を完全にオフにしてしまうと、通信相手が接近してもこれを検知することができず、通信を開始できないことになる。
【００１１】
例えば、利用者から指示された通信可能な範囲（距離）に応じて、送信アンプ並びに受信アンプのゲインを段階的に切り替えることによって、無線通信装置が限定的な範囲内の相手に対してのみデータ送信するようにした通信システムについて提案がなされており（例えば、特許文献５を参照のこと）、受信アンプのゲインを低くすることによって受信アンプから有効なレベルが出力されず、後段の処理部が動作しないことから、不要な電力消費や不要な処理負荷を低減することができる。しかしながら、送信アンプや受信アンプのゲインを段階的に設定するという方法では、待機時の電力消費を完全に抑えることはできない。
【００１２】
【特許文献１】特許第２７０５０７６号公報
【特許文献２】特許第３７５６７４１号公報
【特許文献３】特開２００６−１８６４１８号公報
【特許文献４】特開２００６−１６５６９０号公報
【特許文献５】特開２００１−１２８２４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、至近距離の通信機同士で高周波・広帯域信号を用いて高速な近接無線通信を行なうことができる、優れた通信システム並びに通信装置を提供することにある。
【００１４】
本発明のさらなる目的は、通信機を「近接させる」のか「近接させない」のかの判断を正確に行なって所望する通信相手とのみ的確に通信を開始することができる、優れた通信システム並びに通信装置を提供することにある。
【００１５】
本発明のさらなる目的は、通信機を「近接させない」待機時における通信機の電力消費を抑制することができる、優れた通信システム並びに通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、トランスポンダとリーダライタ間で誘導結合を利用した近接無線通信を行なう通信システムであって、
前記リーダライタは、第１の電極を含んだ電界カプラと、前記第１の電極に対し無変調キャリアの信号を印加する手段と、前記第１の電極に現れた受信信号を読み取ってデータを復調する受信手段を備え、
前記トランスポンダは、第２の電極を含んだ電界カプラと、前記第２の電極の負荷インピーダンスを切り替える負荷インピーダンス切替手段を備え、
前記第１及び第２の電極の間で誘導結合作用が発生する程度に前記リーダライタ及びトランスポンダ同士が接近した通信状態において、前記トランスポンダ側では、送信データに応じて前記負荷インピーダンス切替手段によって前記第２の電極の負荷インピーダンスを切り替え、前記リーダライタ側では、前記第２の電極の負荷インピーダンスの切替に伴う前記第１の電極のインピーダンスの変化に応じて前記第１の電極に現れる受信信号を前記受信手段がデータ復調する、
ことを特徴とする通信システムである。
【００１７】
但し、ここで言う「システム」とは、複数の装置（又は特定の機能を実現する機能モジュール）が論理的に集合した物のことを言い、各装置や機能モジュールが単一の筐体内にあるか否かは特に問わない。
【００１８】
近接無線通信として静電結合方式、誘導結合方式、電波通信方式などが挙げられ、既にＲＦＩＤシステムなどで広く利用に供されている。近接無線通信システムは、一般に、無線通信機を近づける動作をトリガとして、通信を開始する。ところが、電波通信方式では、電界強度が距離に対し緩やかに変化することから、「近接させる／近接させない」の判断が曖昧になり、ユーザの意図に反して通信状態になったり、逆に近接させたのに通信が開始しなかったりするという問題がある。
【００１９】
これに対し、本発明に係る通信システムは、誘導結合方式により近接無線通信を行なうトランスポンダ及びリーダライタで構成されている。誘導結合によって生じる電界強度は、発生源からの距離の２乗に反比例する。したがって、本発明に係る通信システムによれば、トランスポンダ及びリーダライタ間の距離に対し電界強度が急峻に変化するので、「近接させる／近接させない」の判断が正確にとなり、リーダライタにトランスポンダを近づける動作を行なうユーザの意図に応じて通信を開始させることができる。
【００２０】
本発明に係る通信システムでは、リーダライタは、第１の電極を含んだ電界カプラと、第１の電極に対し無変調キャリアの信号を印加する手段と、第１の電極に現れた受信信号を読み取ってデータを復調する受信手段を備えている。一方のトランスポンダは、第２の電極を含んだ電界カプラと、第２の電極の負荷インピーダンスを切り替える負荷インピーダンス切替手段を備えている。
【００２１】
そして、第１及び第２の電極の間で誘導結合作用が発生する程度にリーダライタ及びトランスポンダ同士が接近した通信状態では、トランスポンダ側で、送信データに応じて前記負荷インピーダンス切替手段によって第２の電極の負荷インピーダンスを切り替えるようにする。すると、第２の電極の負荷インピーダンスの切替に伴う第１の電極のインピーダンスの変化に応じて第１の電極には受信信号が現れる。リーダライタ側では、受信手段が受信信号をデータ復調することによって、トランスポンダからデータを読み取ることができる。
【００２２】
上述したように、誘導電界を利用した近接無線通信システムは、電界強度が距離に対し急峻に変化するので、「近接させる／近接させない」の判断が正確になる。しかしながら、従来の誘導結合方式の近接無線通信システムは、高周波・広帯域信号の伝送には適していないことから、高速通信を行なうことができないという問題がある。
【００２３】
そこで、誘導結合方式により近接無線通信を行なうトランスポンダ及びリーダライタからなる通信システムに、高速大容量の無線通信手段を装備することによって、高速通信を実現することができる。
【００２４】
追加装備する高速大容量無線通信手段として、既存の無線ＬＡＮなど、誘導結合方式とは全く異なる無線通信技術を適用することができる。あるいは、高周波・広帯域信号の伝送に適した電界カプラを用いることによって、トランスポンダ及びリーダライタからなる近接無線通信に加えて、高速通信も誘導結合方式により行なうことが可能である。誘導結合方式による高速通信は、例えば近接無線通信よりも高いデータレートの変調方式を採用することによっても実現する。
【００２５】
さらに、高速通信は、一般に通信を行なわない待機期間であっても多くの電力を消費するという問題がある。
【００２６】
そこで、近距離ではより強く結合する一方で距離が大きくなると急激に結合が弱くなるという誘導結合方式の近接無線通信の伝搬特性を利用して、「近接させる／近接させない」の正確な判断結果に基づいて、併設した高速大容量無線通信手段の電源オン／オフをコントロールするようにしてもよい。多くの電力を消費する高速大容量無線通信手段を、必要なときだけ電源オンの状態に切り替えるようにすることによって、待機時の電力消費を完全に抑えることが可能となる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、至近距離の通信機同士で高周波・広帯域信号を用いて高速な近接無線通信を行なうことができる、優れた通信システム並びに通信装置を提供することができる。
【００２８】
また、本発明によれば、通信機を「近接させる」のか「近接させない」のかの判断を正確に行なって所望する通信相手とのみ的確に通信を開始することができる、優れた通信システム並びに通信装置を提供することができる。
【００２９】
また、本発明によれば、通信機を「近接させない」待機時における通信機の電力消費を抑制することができる、優れた通信システム並びに通信装置を提供することができる。
【００３０】
本発明に係る通信システムは、無線通信機を近づけるという動作をトリガにして通信を開始する近接無線通信を行なうが、アンテナよりも距離による電界強度の変化が急峻となる電界カプラを使うことで、「近接する/近接させない」区別がより明確になる。この結果、ユーザの意図をよりよく反映させることができるので、ユーザの使い勝手が向上し、常に一定の距離で安定した動作を行なうことができる。
【００３１】
ここで、従来の誘導結合方式の近接無線通信システムは、高周波・広帯域信号の伝送には適していないことから、高速通信を行なうことができない、という問題がある。これに対し、本発明では、誘導結合方式により近接無線通信を行なうトランスポンダ及びリーダライタからなる通信システムに、高速大容量の無線通信手段を追加して装備することによって、高速通信を実現することができる。
【００３２】
また、高速大容量の無線通信手段は一般に多くの電力を消費する、という問題がある。そこで、本発明に係る通信システムでは、高速通信を行なわない待機時には高速大容量の無線通信手段を停止させて電力の消費を抑制することができる。高速大容量の無線通信手段を停止させているときには、省電力となる近接無線通信手段のみによる通信を行なうので、所望の通信相手が通信可能な範囲に接近した（すなわち、トランスポンダがリーダライタに接近した）ことが確認できた時に、それをトリガにして高速大容量の無線通信手段を活動化するので、電力を効率的に使用することができる。トランスポンダが内部に電源を持たなくても送信データに応じて負荷インピーダンスを切り替え、リーダライタに現れる受信信号をデータ復調することが可能なので、特に、小型・小型化のため省電力化の要求が厳しいモバイル型の通信端末では、待機時の電力消費を完全に０にするか、あるいはトランスポンダ内部に電源を持つ場合でも消費電力を非常に小さい値に抑えることができる。
【００３３】
本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。
【００３５】
近接無線通信として静電結合方式、誘導結合方式、電波通信方式などが挙げられ、既にＲＦＩＤシステムなどで広く利用に供されている。近接無線通信システムは、一般に、無線通信機を近づける動作をトリガとして、通信を開始する。ところが、電波通信方式では、電界強度が距離に対し緩やかに変化することから、「近接させる／近接させない」の判断が曖昧になり、ユーザの意図に反して通信状態になったり、逆に近接させたのに通信が開始しなかったりするという問題がある。
【００３６】
これに対し、本発明に係る通信システムは、誘導結合方式により近接無線通信を行なうトランスポンダ及びリーダライタで構成されている。誘導結合によって生じる電界強度は、発生源からの距離の２乗に反比例する。したがって、本発明に係る通信システムによれば、トランスポンダ及びリーダライタ間の距離に対し電界強度が距離に対し急峻に変化するので、「近接させる／近接させない」の判断が正確になり、リーダライタにトランスポンダを近づける動作を行なうユーザの意図に応じて通信を開始させることができる。周波数４．５ＧＨｚにおける電界カプラ（誘導結合方式）とアンテナ（電波通信方式）をそれぞれ用いた通信システムにおける送受信間距離に対する伝搬損の測定結果を図５に示しておく。
【００３７】
図１Ａ及び図１Ｂには、本発明の一実施形態に係る通信システムの構成例を示している。図示の通信システムは、リーダライタとして動作するホスト１と、トランスポンダとして動作する端末２で構成され、トランスポンダ及びリーダ間では誘導結合を利用した近接無線通信が行なわれる。かかる近接無線通信システムでは、例えば、トランスポンダは識別コードなどの情報を不揮発的に記憶しており、リーダライタからの読み出し要求（質問信号）に応じて識別コードを読み出して返送する。
【００３８】
まず、ホスト１から端末２へデータ送信する場合について説明する。ホスト１側では、ホスト機能部１３から供給される送信データは、制御インターフェース１５を介してホスト通信制御機能部１２の変調機能部１２２において変調される。変調信号１６は、ミキサ１１２によりＲＦ機能部１１のキャリア発生源１１１によって生成されたキャリア３１に載せられ、さらに電力増幅アンプ１１３により増幅された後、方向結合作用を持つサーキュレータ１１７及び電界カプラ１４を介して、変調波信号３１として端末２に送信される。これに対し、端末２のＲＦ機能部２１は、電界カプラ２４で変調波信号３１を受信するとこれを復調して復調信号２７を得る。復調機能部２２３は復調信号２７をデータ復調し、制御インターフェース２５を介して端末機能部２３に渡す。端末機能部２３は、必要に応じて、受信データの保存、画面（図示しない）への表示、ユーザへの受信通達などを行なう。
【００３９】
続いて、端末２からホスト１へデータ送信する場合について説明する。端末２の端末機能部２３から供給される送信データは、通信制御機能部２２の変調機能部２２２によって変調される。ＲＦ機能部２１のスイッチ２１１を変調信号２６に応じてオン／オフ操作することによって、電界カプラ２４の負荷インピーダンス２１２を切り替える。
【００４０】
変調機能部２２２は、端末２の端末機能部２３よりビット系列からなる送信データを受け取ると、データのビット・イメージに従って、電界カプラ２４に接続されたスイッチ２１１のオン／オフ動作を行なう。例えば、データが１のときはスイッチ２１１をオンに、データが０のときオフとする。
【００４１】
スイッチ２１１がオンのとき、電界カプラ２４は負荷インピーダンス２１２で終端し、オフのときは電界カプラ２４をオープンにする。この動作は、転送先（すなわち、ホスト１側の電界カプラ１４）で発生する誘導電界（無変調キャリア３１）に対して、スイッチ２１１がオンのときは誘導結合が作用し、オフのときは誘導結合が作用せずホスト側では電界カプラ１４で送信信号が反射する（外部に電波は放射されない）という振る舞いをする。したがって、ホスト１では、誘導結合が作用したか否かの有無を検出することによって、無変調キャリア３１が負荷変調され、端末２からの送信データを読み取ることができる。
【００４２】
上述したような負荷インピーダンス２１２の切り替えによるデータ伝送は、ＡＳＫ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調方式に相当する。
【００４３】
このようにして、端末２は、ホスト１側から受信する無変調キャリア３１に対し、誘導結合を発生するか否かの切り替えで得られる変調信号３２がホスト１に送信される。これに対し、ホスト１側のＲＦ機能部１１は、電界カプラ１４で変調信号３２を受信すると、低雑音アンプ１１４により増幅され、さらに直交復調器１１５でキャリア発生源１１１からのローカル信号と乗算され、復調信号を得る。復調信号は、ＡＧＣ（Ａｕｔｏ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）１１６によりゲイン調整が施された後、復調機能部１２３によってデータ復調され、制御インターフェース１５を介してホスト機能部１３に渡される。ホスト機能部１３は、必要に応じて、受信データの保存や、画面（図示しない）への表示、ユーザへの受信通達などを行なう。
【００４４】
また、上述したデータ送受信機能に加え、ホスト１及び端末２に相互で機能するプロトコル機能部１２１及び２２１を通信制御機能１２及び２２に設けることで、ホスト１と端末２の間で接続、切断、などのプロトコル制御が実現される。
【００４５】
図１に示した近接無線通信システムは、近接通信の結合ユニットとしてアンテナの代わりに電界カプラを用いている。そうすることで、高周波・広帯域の信号を扱うことが可能になり、より高速の反射型送信装置を実現する。また、アンテナによる電界よりも電界カプラによる電界の方が距離に対して急峻に変化するので、「近接する／近接させない」という動作に対してより明確に「通信する／通信しない」という状態を対応付けることができ、ユーザの操作性を改善する。
【００４６】
トランスポンダは独自の電力源（電池）を持たず、リーダライタの交信領域に入るまでは待ち受け状態となっている。トランスポンダはリーダライタの交信領域に入ったときに活動化される。トランスポンダを活動化するために必要な電力は、リーダライタから電界カプラを通して非接触でトランスポンダに供給することができる。あるいは、トランスポンダに電池を埋め込んでも良いが、トランスポンダの消費電力はマイクロワット程度の非常に小さいものとなる。
【００４７】
上述したように、図１に示した近接無線通信システムは、トランスポンダとしての端末２側でのスイッチング動作に伴う電界カプラ２４の負荷インピーダンス切り替えによって誘導結合による通信動作を実現するものである。負荷インピーダンスの切り替えによりトランスポンダ側でキャリアの発生源を持たずにデータ伝送を行なう、という観点からは、図１に示した近接通信システムは、「バックスキャッタ」とも呼ばれる反射波伝送システムに類似する。
【００４８】
ここで、反射波伝送システムでは、トランスポンダは無変調キャリアに対し変調処理を施した反射波によりデータを送信する反射器を備え、リーダライタは反射器からの変調反射波信号からデータを読み取る反射波読取器を備えている。そして、反射器は、反射波読取器から無変調キャリアが送られてくると、アンテナ負荷インピーダンスの切り替え操作などに基づいてその反射波に変調を施して送信データを重畳する。すなわち、反射器側ではデータ送信に際してキャリア発生源が不要であることから、低消費でデータ伝送動作を駆動する。そして、反射波読取器側では、このような変調反射波を受信し、復調並びに復号処理して伝送データを取得することができる。
【００４９】
反射波伝送システムと本発明に係る誘導結合方式の近接無線通信システムとの主な相違点として、前者の場合にはリーダライタの通信範囲にトランスポンダがいないときにはリーダライタから送出された無変調キャリアは反射されないのに対し（言い換えれば、外部に電波が放射され、近隣の通信システムや電子機器への影響が懸念される）（図２Ａを参照のこと）、後者の場合にはリーダライタの通信範囲にトランスポンダが存在しないと誘導結合が作用しない（言い換えれば、送信信号はリーダライタ内の電界カプラの電極で反射され、リーダライタから外部に電波が放射されない）、ということを挙げることができる。したがって、本発明に係る近接無線通信システムによれば、非通信時における不要輻射を低減することができる。
【００５０】
なお、反射波伝送システムの詳細に関しては、例えば、本出願人に既に譲渡されている特開２００５−１３６６６６号公報などを参照されたい。
【００５１】
上述したように、誘導電界を利用した近接無線通信システムは、電界強度が距離に対し急峻に変化するので、「近接させる／近接させない」の判断が正確になる。しかしながら、従来の誘導結合方式の近接無線通信システムは、高周波・広帯域信号の伝送には適していないことから、高速通信を行なうことができないという問題がある。
【００５２】
これに対し、本発明では、誘導結合方式により近接無線通信を行なうトランスポンダ及びリーダライタからなる通信システムに、高速大容量の無線通信手段を追加して装備することによって、高速通信を実現することができる。
【００５３】
また、高速通信は一般に通信を行なわない待機期間であっても多くの電力を消費するという問題がある。そこで、近距離ではより強く結合する一方で距離が大きくなると急激に結合が弱くなるという誘導結合方式の近接無線通信の伝搬特性を利用して、「近接させる／近接させない」の正確な判断結果に基づいて、併設した高速大容量無線通信手段の電源オン／オフをコントロールするようにしてもよい。多くの電力を消費する高速大容量無線通信手段を、必要なときだけ電源オンの状態に切り替えるようにすることによって、待機時の電力消費を完全に抑えることが可能となる。
【００５４】
図３には、高速大容量無線通信手段を兼ね備えた近接無線通信システムの構成例を示している。図示の例では、追加装備する高速大容量無線通信手段として、既存の無線ＬＡＮなど、誘導結合方式とは全く異なる無線通信技術を用いたものを適用している。
【００５５】
図示の通信システムは、ホスト１と端末２からなる。ホスト１は、近接無線通信のリーダライタ機能を有する通信手段１Ａと、高速大容量無線通信機能を有する通信手段１Ｂを備えた、例えば据え置き型の通信装置である。また、端末２は、近接無線通信のトランスポンダ機能を有する通信手段２Ａと、大容量無線通信機能を有する通信手段２Ｂを備えた、例えばモバイル系の通信装置である。
【００５６】
近接無線通信のリーダライタ機能を有する通信手段１Ａと、近接無線通信のトランスポンダ機能を備えた通信手段２Ａは、図１Ａ及び図１Ｂに示した、リーダライタとして動作するホスト及びトランスポンダとして動作する端末の各ＲＦ機能部１１及び２１の構成と同様なので、ここでは説明を省略する。また、高速大容量無線通信機能を有する通信手段１Ｂ及び２Ｂには、例えばＩＥＥＥ８０２．１１などの無線ＬＡＮ機能を適用することができるが、本発明の要旨は高速大容量無線通信を実現する特定の手段には限定されない。
【００５７】
ホスト１は、通信手段１Ａ及び１Ｂの駆動電力を供給する電源部１Ｃを備えている。また、端末２側では、通信手段２Ｂの駆動電力を供給する電源部２Ｃを備えているが、近接無線通信のトランスポンダに相当する通信手段２Ａは無電源で（言い換えれば、リーダライタからの無変調キャリアから得られる電力を駆動電源として）動作する。
【００５８】
通常の動作時（若しくは、高速大容量無線通信における待機期間において）、通信手段１Ｂ及び２Ｂは電源がオフの状態に設定される。そして、トランスポンダとしての通信手段２Ａがリーダライタとしての通信手段１Ａに近接し、通信を行なって互いに有効な通信相手であると確認されたときに、ホスト１側では、通信手段１Ａは、通信手段１Ｂの電源をオンにする処理を行なうとともに、通信手段１Ｂを通じて近接無線通信により読み出した端末２の情報（識別コードなど）を、通信手段１Ｂに渡す。また、端末２側では、通信手段２Ａは、通信手段２Ｂの電源をオンにする処理を行なうとともに、通信手段１Ａを通じて近接無線通信により得られたホスト１の情報（識別コードなど）を通信手段２Ｂに渡す。その後、ホスト１と端末２間では、引き続き通信手段１Ｂと２Ｂによって、高速の無線通信を行なう。
【００５９】
高速無線通信の際、相手の情報（識別コードなど）を通信手段１Ａ及び２Ａからそれぞれ通信手段１Ｂ及び２Ｂに渡すことにより、通信手段１Ｂ及び２Ｂ間での認証プロセスを省略することができ、通信時間を短縮することができる。
【００６０】
そして、通信手段１Ｂと２Ｂの間での高速大容量通信が終了したときには、一定の時間を置いて通信手段１Ｂと２Ｂの電源はともにオフになり、通信手段１Ａのみが交信範囲の通信手段２Ａと通信可能となる通常の状態（若しくは、高速大容量無線通信における待機期間）となる。
【００６１】
近接無線通信のトランスポンダである通信手段２Ａが無電源の場合には、より確実に相手のＩＤ情報を通信手段２Ｂに渡すためには、通信手段２Ａ及び２Ｂの両者からアクセス可能な不揮発性メモリを搭載し、そこに書き込むようにすると良い。
【００６２】
また、図４には、高速大容量無線通信手段を兼ね備えた近接無線通信システムについての他の構成例を示している。図示の例では、追加装備する高速大容量無線通信手段として、低速な近接無線通信と同じ誘導結合方式の無線通信技術を適用している。トランスポンダ及びリーダライタからなる近接無線通信に加えて、高速通信も誘導結合方式により行なうことが可能である。誘導結合方式による高速通信は、例えば近接無線通信よりも高いデータレートの変調方式を採用することによっても実現する。
【００６３】
図示の通信システムは、ホスト１と端末２からなる。ホスト１は、近接無線通信のリーダライタ機能を有する通信手段１Ａと、高速大容量無線通信機能を有する通信手段１Ｂを備えた、例えば据え置き型の通信装置である。また、端末２は、近接無線通信のトランスポンダ機能を有する通信手段２Ａと、大容量無線通信機能を有する通信手段２Ｂを備えた、例えばモバイル系の通信装置である（同上）。
【００６４】
近接無線通信のリーダライタ機能を有する通信手段１Ａと、近接無線通信のトランスポンダ機能を備えた通信手段２Ａは、図１Ａ及び図１Ｂに示した、リーダライタとして動作するホスト及びトランスポンダとして動作する端末の各ＲＦ機能部１１及び２１の構成と同様なので、ここでは説明を省略する。
【００６５】
高速大容量無線通信機能を有する通信手段１Ｂ及び２Ｂは、通信手段１Ａ及び２Ａの組み合わせと同様に、誘導結合方式の無線通信技術が採用されている。したがって、ホスト１側では、通信手段１Ａ及び１Ｂが１つの電界カプラを共用しており、切り替えスイッチによって時分割で電界カプラを使用することができる。同様に、端末２側でも、通信手段２Ａ及び２Ｂが１つの電界カプラを共用しており、切り替えスイッチによって時分割で電界カプラを使用することができる。
【００６６】
リーダライタ及びトランスポンダとしての近接無線通信を行なう通信手段１Ａ及び２Ａ間では、負荷インピーダンスの切り替えにより、ＡＳＫ変調方式に相当するデータ伝送を行なうから、データレートは低いものとなる。これに対し、高速大容量の無線通信を行なう通信手段１Ｂ及び２Ｂ間では、ＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ：４位相偏移変調）やＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：直交振幅変調）といった、よりデータレートの高い変調方式を採用すればよい。
【００６７】
通常の動作時（若しくは、高速大容量無線通信における待機期間において）、通信手段１Ｂ及び２Ｂは電源がオフの状態に設定されるとともに、各々の電界カプラは切り替えスイッチを介して通信手段１Ａ及び２Ａにそれぞれ接続されている。そして、トランスポンダとしての通信手段２Ａがリーダライタとしての通信手段１Ａに近接し、通信を行なって互いに有効な通信相手であると確認されたときに、ホスト１側では、通信手段１Ａは、通信手段１Ｂの電源をオンにする処理を行なうとともに、通信手段１Ｂを通じて近接無線通信により読み出した端末２の情報（識別コードなど）を、通信手段１Ｂに渡す。また、端末２側では、通信手段２Ａは、通信手段２Ｂの電源をオンにする処理を行なうとともに、通信手段１Ａを通じて近接無線通信により得られたホスト１の情報（識別コードなど）を通信手段２Ｂに渡す。
【００６８】
その後、各々の電界カプラは切り替えスイッチを介して通信手段１Ｂ及び２Ｂにそれぞれ接続切り替えされ、ホスト１側では端末２間では、引き続き通信手段１Ｂと２Ｂによって高速の無線通信を行なう。
【００６９】
高速無線通信の際、相手の情報（識別コードなど）を通信手段１Ａ及び２Ａからそれぞれ通信手段１Ｂ及び２Ｂに渡すことにより、通信手段１Ｂ及び２Ｂ間での認証プロセスを省略することができ、通信時間を短縮することができる（同上）。
【００７０】
そして、通信手段１Ｂと２Ｂの間での高速大容量通信が終了したときには、一定の時間を置いて通信手段１Ｂと２Ｂの電源はともにオフになり、また、各々の電界カプラは切り替えスイッチを介して通信手段１Ａ及び２Ａにそれぞれ接続切り替えされ、通信手段１Ａのみが交信範囲の通信手段２Ａと通信可能となる通常の状態（若しくは、高速大容量無線通信における待機期間）となる。
【００７１】
近接無線通信のトランスポンダである通信手段２Ａが無電源の場合には、より確実に相手のＩＤ情報を通信手段２Ｂに渡すためには、通信手段２Ａ及び２Ｂの両者からアクセス可能な不揮発性メモリを搭載し、そこに書き込むようにすると良い（同上）。
【００７２】
最後に、本発明に係る通信システムで使用する電界カプラの構成について詳解する。
【００７３】
高周波信号は空間での伝搬損が大きく、信号の伝送効率がよくない。このため、従来の誘導結合方式の近接無線通信システムでは、高周波・広帯域信号の伝送には適さず、その多くは、低周波数信号を用いているため通信速度が遅い。
【００７４】
これに対し、本発明者らは、高周波信号を電界結合で伝送することを提案する。具体的には、ＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ Ｗｉｄｅ Ｂａｎｄ）通信のように高周波、広帯域を使用する通信方式を電界結合に適用することで、微弱無線であるとともに、大容量データ通信を実現することができる。
【００７５】
ＵＷＢ通信は、本来はアンテナを用いた電波通信方式として開発された通信技術であり、３．１ＧＨｚ〜１０．６ＧＨｚという非常に広い周波数帯域を使用し、近距離ながら１００Ｍｂｐｓ程度の大容量の無線データ伝送を実現することができる。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１５．３では、ＵＷＢ通信のアクセス制御方式として、プリアンブルを含んだパケット構造のデータ伝送方式が考案されている。また、米インテル社は、パソコン向けの汎用インターフェースとして普及しているＵＳＢの無線版を検討している。
【００７６】
また、ＵＷＢ通信は、３．１ＧＨｚ〜１０．６ＧＨｚという伝送帯域を占有しなくても１００Ｍｂｐｓを超えるデータ伝送が可能であることやＲＦ回路の作り易さを考慮して、３．１〜４．９ＧＨｚのＵＷＢローバンドを使った伝送システムも開発が盛んである。本発明者らは、図４に示した高速大容量無線通信手段にＵＷＢローバンドを利用した誘導結合方式の無線通信技術を採用することで、例えばストレージ・デバイスを含む超高速な近距離用のＤＡＮ（Ｄｅｖｉｃｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）など、近距離エリアにおける高速データ伝送を実現することが可能であると考えている。
【００７７】
ここで、波長に対する伝搬距離の大きさに応じて伝搬損が大きくなるという問題があり、誘導結合により高周波信号を伝搬する際には伝搬損を十分低く抑える必要がある。ＵＷＢ信号のように高周波数の広帯域信号を電界結合で伝送する通信方式では、３ｃｍ程度の超近距離通信であっても使用周波数帯４ＧＨｚにとっては約２分の１波長に相当するため、無視することはできない。
【００７８】
ｋＨｚあるいはＭＨｚ帯の周波数を使った通信では、空間での伝搬損が小さいため、図６に示すように送信機及び受信機が電極のみからなる電界カプラを備え、結合部分が単純に平行平板コンデンサとして動作する場合であっても、所望のデータ伝送を行なうことができる。しかしながら、ＧＨｚ帯の高周波を使った通信では、空間での伝搬損が大きいため、信号の反射を抑え、伝送効率を向上させる必要がある。図７に示すように、送信機及び受信器のそれぞれにおいて高周波信号伝送路が所定の特性インピーダンスＺ0に調整されているとしても、平行平板コンデンサで結合しただけでは、結合部においてインピーダンス・マッチングをとることはできない。このため、結合部におけるインピーダンス不整合部分において、信号が反射することにより、効率が低下する。
【００７９】
そこで、本実施形態では、送受信のそれぞれの電界カプラを、図８に示すように、平板状の電極と、直列インダクタ、並列インダクタを高周波信号伝送路に接続して構成している。このような電界カプラを、図９に示すように向かい合わせて配置すると、２つの電極が１つのコンデンサとして動作し、全体としてバンドパス・フィルタのように動作するため、２つの電界カプラの間で効率よく高周波信号を伝達することができる。
【００８０】
ここで、送受信の電極間すなわち結合部分において、単にインピーダンス・マッチングを取り、反射波を抑えることだけを目的とするのであれば、図１０Ａに示すように、各電界カプラを平板状の電極と、直列インダクタ、並列インダクタを高周波信号伝送路に接続して構成する必要はなく、図１０Ｂに示すように各電界カプラを平板状の電極と直列インダクタを高周波信号伝送路に接続するという簡素な構造であってもよい。すなわち、高周波信号伝送路上に直列インダクタを挿入するだけでも、送信機側の電界カプラに対向して超近距離で受信機側の電界カプラが存在する場合において、結合部分におけるインピーダンスが連続的となるように設計することは可能である。
【００８１】
但し、図１０Ｂに示す構成例では、結合部分の前後における特性インピーダンスに変化はないので電流の大きさも変わらない。これに対し、図１０Ａに示したように、高周波信号伝送路末端の電極の手前において並列インダクタンスを介してグランドに接続した場合、電界カプラ単体としては、電界カプラの手前側の特性インピーダンスＺ0に対し、電界カプラの先の特性インピーダンスＺ1は低下する（すなわちＺ0＞Ｚ1）というインピーダンス変換回路としての機能を備えることになり、電界カプラへの入力電流Ｉ0に対し電界カプラの出力電流Ｉ1を増幅する（すなわちＩ0＜Ｉ1）ことができる。
【００８２】
図１１Ａ及び図１１Ｂには、並列インダクタンスを設けた場合と設けない場合の電界カプラのそれぞれにおいて、電極間の電界結合によって電界が誘起される様子を示している。同図からも電界カプラは直列インダクタに加えて並列インダクタを設けることによって、より大きな電界を誘起して、電極間で強く結合させることを理解できよう。また、図１１Ａに示すようにして電界近傍に大きな電界を誘起したとき、発生した電界は進行方向に振動する縦波として電極面の正面方向に伝搬する。この電界の波により、電極間の距離が比較的大きな場合であっても電極間で信号を伝搬することが可能になる。
【００８３】
したがって、ＵＷＢ信号などの高周波信号を電界結合により伝送する近接無線通信システムでは、電界カプラとして必須の条件は以下の通りとなる。
【００８４】
（１）電界で結合するための電極があること。
（２）より強い電界で結合させるための並列インダクタがあること。
（３）通信に使用する周波数帯において、電界カプラを向かい合わせに置いたときにインピーダンス・マッチングが取れるように、インダクタ、及び電極によるコンデンサの定数が設定されていること。
【００８５】
図９に示したように電極が対向する１組の電界カプラからなるバンドパス・フィルタは、直列インダクタと並列インダクタのインダクタンス、電極によって構成されるコンデンサのキャパシタンスによって、その通過周波数ｆ0を決定することができる。図１２には、１組の電界カプラからなるバンドパス・フィルタの等価回路を示している。特性インピーダンスＲ［Ω］、中心周波数ｆ0［Ｈｚ］、入力信号と通過信号の位相差をα［ラジアン］（π＜α＜２π）、電極によって構成されるコンデンサのキャパシタンスをＣ／２とすると、バンドパス・フィルタを構成する並列及び直列インダクタンスＬ1、Ｌ2の各定数は、使用周波数ｆ0に応じて下式で求めることができる。
【００８６】
【数１】
【００８７】
また、電界カプラ単体としてインピーダンス変換回路として機能する場合、その等価回路は図１３に示す通りとなる。図示の回路図において、下式を満たすように、使用周波数ｆ0に応じて並列インダクタンスＬ1及び直列インダクタンスＬ2をそれぞれ選ぶことにより、特性インピーダンスをＲ1からＲ2へ変換するインピーダンス変換回路を構成することができる。
【００８８】
【数２】
【産業上の利用可能性】
【００８９】
以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。
【００９０】
本明細書では、トランスポンダ及びリーダライタからなる誘導結合方式の近接無線通信システムに装備する高速大容量無線通信手段として電波通信方式を用いた実施形態について説明したが、本発明の要旨はこれに限定されるものではない。高速大容量であればあらゆる方式の無線通信手段を適用することができる。
【００９１】
要するに、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の一実施形態に係る通信システムにおけるホスト１の構成を模式的に示した図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の一実施形態に係る通信システムにおける端末２の構成を模式的に示した図である。
【図２Ａ】図２Ａは、反射波伝送システムと本発明に係る近接無線通信システムとの相違点を説明するための図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、反射波伝送システムと本発明に係る近接無線通信システムとの相違点を説明するための図である。
【図３】図３は、高速大容量無線通信手段を兼ね備えた近接無線通信システムの構成例を示した図である。
【図４】図４は、高速大容量無線通信手段を兼ね備えた近接無線通信システムについての他の構成例を示した図である。
【図５】図５は、電界カプラ（誘導結合方式）とアンテナ（電波通信方式）をそれぞれ用いた通信システムにおける送受信間距離に対する伝搬損の測定結果を示した図である。
【図６】図６は、ｋＨｚあるいはＭＨｚ帯の周波数を使った通信において、送信機及び受信機が電極のみからなる電界カプラを備え、結合部分が単純に平行平板コンデンサとして動作する構成例を示した図である。
【図７】図７は、ＧＨｚ帯の高周波を使った通信において、結合部におけるインピーダンス不整合部分において、信号が反射することにより伝搬損が生じる様子を示した図である。
【図８】図８は、送信機及び受信機のそれぞれに配置される電界カプラの構成例を示した図である。
【図９】図９は、図８に示した電界カプラの電極同士を向かい合わせて配置した様子を示した図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、図８に示した電界カプラの単体での特性を説明するための図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、図８に示した電界カプラの単体での特性を説明するための図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、インピーダンス変換器としての機能により電界カプラが電界を誘起する様子を示した図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、インピーダンス変換器としての機能により電界カプラが電界を誘起する様子を示した図である。
【図１２】図１２は、１組の電界カプラからなるバンドパス・フィルタの等価回路を示した図である。
【図１３】図１２は、１組の電界カプラにより単体として構成されるインピーダンス変換回路の等価回路を示した図である。
【符号の説明】
【００９３】
１…ホスト
１１…ＲＦ機能部
１１１…キャリア発生源
１１２…ミキサ
１１３…電力増幅アンプ
１１４…低雑音アンプ
１１５…直交復調器
１１６…ＡＧＣ
１１７…サーキュレータ
１２…通信制御機能部
１２１…プロトコル制御部
１２２…変調機能部
１２３…復調機能部
１３…ホスト機能部
１４…電界カプラ
２…端末
２１…ＲＦ機能部
２１１…スイッチ
２１２…負荷インピーダンス
２１３…バンドパス・フィルタ（ＢＰＦ）
２１４…ＡＳＫ検波部
２２…通信制御機能部
２２１…プロトコル制御部
２２２…変調機能部
２２３…復調機能部
２３…端末機能部
２４…電界カプラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランスポンダとリーダライタ間で誘導結合を利用した近接無線通信を行なう通信システムであって、
前記リーダライタは、第１の電極を含んだ電界カプラと、前記第１の電極に対し無変調キャリアの信号を印加する手段と、前記第１の電極に現れた受信信号を読み取ってデータを復調する受信手段を備え、
前記トランスポンダは、第２の電極を含んだ電界カプラと、前記第２の電極の負荷インピーダンスを切り替える負荷インピーダンス切替手段を備え、
前記第１及び第２の電極の間で誘導結合作用が発生する程度に前記リーダライタ及びトランスポンダ同士が接近した通信状態において、前記トランスポンダ側では、送信データに応じて前記負荷インピーダンス切替手段によって前記第２の電極の負荷インピーダンスを切り替え、前記リーダライタ側では、前記第２の電極の負荷インピーダンスの切替に伴う前記第１の電極のインピーダンスの変化に応じて前記第１の電極に現れる受信信号を前記受信手段がデータ復調する、
ことを特徴とする通信システム。
【請求項２】
前記リーダライタは、送信データに応じて変調した送信信号を前記第１の電極に印加する送信手段をさらに備え、
前記トランスポンダは、前記通信状態において、前記第２の電極に現れた受信信号を読み取ってデータを復調する受信手段をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
【請求項３】
請求項１に記載の通信システムにおいてトランスポンダとして動作する通信装置であって、
電極を含んだ電界カプラと、
前記電極の負荷インピーダンスを切り替える負荷インピーダンス切替手段と、
前記電極に現れた受信信号を読み取ってデータを復調する受信手段と、
を具備することを特徴とする通信装置。
【請求項４】
前記リーダライタ側の電極との間で誘導結合作用が発生する程度に前記リーダライタ及びトランスポンダ同士が接近した通信状態において、
送信データに応じて前記負荷インピーダンス切替手段によって前記電極の負荷インピーダンスを切り替える送信動作を行ない、
又は、前記受信手段が前記電極に現れた受信信号を読み取ってデータを復調する受信動作を行なう、
ことを特徴とする請求項３に記載の通信装置。
【請求項５】
請求項１に記載の通信システムにおいてリーダライタとして動作する通信装置であって、
電極を含んだ電界カプラと、
前記電極に対し無変調キャリアの信号を印加する手段と、
前記電極に現れた受信信号を読み取ってデータを復調する受信手段と、
送信データに応じて変調した送信信号を前記電極に印加する送信手段と、
を具備することを特徴とする通信装置。
【請求項６】
前記トランスポンダ側の電極との間で誘導結合作用が発生する程度に前記リーダライタ及びトランスポンダ同士が接近した通信状態において、
前記電極に現れる受信信号を前記受信手段がデータ復調する受信動作を行ない、
又は、前記送信手段が送信データに応じて変調した送信信号を前記電極に印加する送信動作を行なう、
ことを特徴とする請求項５に記載の通信装置。
【請求項７】
第１の通信装置と第２の通信装置の間で無線通信を行なう通信システムであって、
前記第１の通信装置は、誘導結合による近接無線通信を行なう第１Ａの通信手段と、高速大容量の無線通信を行なう第１Ｂの通信手段を備え、
前記第２の通信装置は、誘導結合による近接無線通信を行なう第２Ａの通信手段と、高速大容量の無線通信を行なう第２Ｂの通信手段を備える、
ことを特徴とする通信システム。
【請求項８】
前記第１Ａの通信手段は、第１の電極を含んだ電界カプラと、前記第１の電極に対し無変調キャリアの信号を印加する手段と、前記第１の電極に現れた受信信号を読み取ってデータを復調する受信手段を備えて、誘導結合による近接無線通信におけるリーダライタとして機能し、
前記第２Ａの通信手段は、第２の電極を含んだ電界カプラと、前記第２の電極の負荷インピーダンスを切り替える負荷インピーダンス切替手段を備えて、誘導結合により近接無線通信におけるトランスポンダとして機能する、
ことを特徴とする請求項７に記載の通信システム。
【請求項９】
前記リーダライタは、送信データに応じて変調した送信信号を前記第１の電極に印加する送信手段をさらに備え、
前記トランスポンダは、前記第２の電極に現れた受信信号を読み取ってデータを復調する受信手段をさらに備える、
ことを特徴とする請求項８に記載の通信システム。
【請求項１０】
前記第１Ｂ及び第２Ｂの通信手段は、アンテナを用いた電波通信方式の無線通信によって高速大容量のデータ通信を行なう、
ことを特徴とする請求項８に記載の通信システム。
【請求項１１】
前記第１Ｂ及び第２Ｂの通信手段は、誘導結合方式の近接無線通信によって高速大容量のデータ通信を行なう、
ことを特徴とする請求項８に記載の通信システム。
【請求項１２】
前記第１Ｂの通信手段は、前記第１Ａの手段とは１つの電界カプラを時分割で共用し、
又は、前記第２Ｂの通信手段は、前記第２Ａの手段とは１つの電界カプラを時分割で共用する、
ことを特徴とする請求項１１に記載の通信システム。
【請求項１３】
前記第１及び第２の電極の間で誘導結合作用が発生する程度に前記リーダライタ及びトランスポンダ同士が接近した近接無線通信状態において、前記第１Ａの通信手段は前記第１Ｂの通信手段の電源をオンにするとともに、前記第２Ａの通信手段は前記第２Ｂの通信手段の電源をオンにする、
ことを特徴とする請求項９に記載の通信システム。
【請求項１４】
前記通信手段１Ｂと２Ｂの間での高速大容量通信が終了したときに、一定の時間を置いて前記通信手段１Ｂと２Ｂの電源はともにオフになり、前記通信手段１Ａのみが交信範囲の通信手段２Ａと通信可能となる通常の状態（若しくは、高速大容量無線通信における待機期間）となる、
ことを特徴とする請求項１３に記載の通信システム。
【請求項１５】
前記第１及び第２の電極の間で誘導結合作用が発生する程度に前記リーダライタ及びトランスポンダ同士が接近した近接無線通信状態において、前記第１Ａの通信手段は、前記第２Ａの通信手段を通じて前記第２の通信装置のＩＤ情報を取得して、電源をオンにした際に前記第１Ｂの通信手段に該ＩＤ情報を渡すとともに、前記第２Ａの通信手段は、前記第１Ａの通信手段を通じて前記第１の通信装置のＩＤ情報を取得して、電源をオンにした際に前記第２Ｂの通信手段に該ＩＤ情報を渡し、前記第１Ｂ及び第２Ｂの通信手段はそれぞれ取得したＩＤ情報を元に認証処理を行なう、
ことを特徴とする請求項１３に記載の通信システム。
【請求項１６】
請求項７に記載の通信システムにおいて、前記第１の通信装置として動作する通信装置であって、
第１の電極を含んだ電界カプラと、前記第１の電極に対し無変調キャリアの信号を印加する手段と、前記第１の電極に現れた受信信号を読み取ってデータを復調する受信手段と、送信データに応じて変調した送信信号を前記第１の電極に印加する送信手段を備え、リーダライタとして誘導結合による近接無線通信を行なう第１Ａの通信手段と、
高速大容量の無線通信を行なう第１Ｂの通信手段と、
を具備することを特徴とする通信装置。
【請求項１７】
前記第１Ｂの通信手段は、アンテナを用いた電波通信方式の無線通信によって高速大容量のデータ通信を行なう、
ことを特徴とする請求項１６に記載の通信装置。
【請求項１８】
前記第１Ｂの通信手段は、前記第１Ａの手段とは１つの電界カプラを時分割で共用して、誘導結合方式の近接無線通信によって高速大容量のデータ通信を行なう、
ことを特徴とする請求項１６に記載の通信装置。
【請求項１９】
前記トランスポンダとの近接無線通信状態において、前記第１Ａの通信手段は前記第１Ｂの通信手段の電源をオンにし、高速大容量通信が終了したときに一定の時間を置いて前記通信手段１Ｂの電源をオフにして、前記通信手段１Ａのみが通信可能となる通常の状態（若しくは、高速大容量無線通信における待機期間）となる、
ことを特徴とする請求項１６に記載の通信装置。
【請求項２０】
前記トランスポンダとの近接無線通信状態において、前記第１Ａの通信手段による近接無線通信を通じて前記第２の通信装置のＩＤ情報を取得して、電源をオンにした際に前記第１Ｂの通信手段に該ＩＤ情報を渡す、
ことを特徴とする請求項１９に記載の通信装置。
【請求項２１】
請求項７に記載の通信システムにおいて、前記第２の通信装置として動作する通信装置であって、
第２の電極を含んだ電界カプラと、前記第２の電極の負荷インピーダンスを切り替える負荷インピーダンス切替手段と、前記第２の電極に現れた受信信号を読み取ってデータを復調する受信手段を備え、トランスポンダとして誘導結合による近接無線通信を行なう第２Ａの通信手段と、
高速大容量の無線通信を行なう第２Ｂの通信手段と、
を具備することを特徴とする通信装置。
【請求項２２】
前記第２Ｂの通信手段は、アンテナを用いた電波通信方式の無線通信によって高速大容量のデータ通信を行なう、
ことを特徴とする請求項２１に記載の通信装置。
【請求項２３】
前記第２Ｂの通信手段は、前記第２Ａの手段とは１つの電界カプラを時分割で共用して、誘導結合方式の近接無線通信によって高速大容量のデータ通信を行なう、
ことを特徴とする請求項２１に記載の通信装置。
【請求項２４】
前記リーダライタとの近接無線通信状態において、前記第２Ａの通信手段は前記第２Ｂの通信手段の電源をオンにし、高速大容量通信が終了したときに一定の時間を置いて前記通信手段２Ｂの電源をオフにして、前記通信手段２Ａのみが通信可能となる通常の状態（若しくは、高速大容量無線通信における待機期間）となる、
ことを特徴とする請求項１６に記載の通信装置。
【請求項２５】
前記リーダライタとの近接無線通信状態において、前記第２Ａの通信手段による近接無線通信を通じて前記第１の通信装置のＩＤ情報を取得して、電源をオンにした際に前記第２Ｂの通信手段に該ＩＤ情報を渡す、
ことを特徴とする請求項２４に記載の通信装置。
【請求項１】
トランスポンダとリーダライタ間で誘導結合を利用した近接無線通信を行なう通信システムであって、
前記リーダライタは、第１の電極を含んだ電界カプラと、前記第１の電極に対し無変調キャリアの信号を印加する手段と、前記第１の電極に現れた受信信号を読み取ってデータを復調する受信手段を備え、
前記トランスポンダは、第２の電極を含んだ電界カプラと、前記第２の電極の負荷インピーダンスを切り替える負荷インピーダンス切替手段を備え、
前記第１及び第２の電極の間で誘導結合作用が発生する程度に前記リーダライタ及びトランスポンダ同士が接近した通信状態において、前記トランスポンダ側では、送信データに応じて前記負荷インピーダンス切替手段によって前記第２の電極の負荷インピーダンスを切り替え、前記リーダライタ側では、前記第２の電極の負荷インピーダンスの切替に伴う前記第１の電極のインピーダンスの変化に応じて前記第１の電極に現れる受信信号を前記受信手段がデータ復調する、
ことを特徴とする通信システム。
【請求項２】
前記リーダライタは、送信データに応じて変調した送信信号を前記第１の電極に印加する送信手段をさらに備え、
前記トランスポンダは、前記通信状態において、前記第２の電極に現れた受信信号を読み取ってデータを復調する受信手段をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
【請求項３】
請求項１に記載の通信システムにおいてトランスポンダとして動作する通信装置であって、
電極を含んだ電界カプラと、
前記電極の負荷インピーダンスを切り替える負荷インピーダンス切替手段と、
前記電極に現れた受信信号を読み取ってデータを復調する受信手段と、
を具備することを特徴とする通信装置。
【請求項４】
前記リーダライタ側の電極との間で誘導結合作用が発生する程度に前記リーダライタ及びトランスポンダ同士が接近した通信状態において、
送信データに応じて前記負荷インピーダンス切替手段によって前記電極の負荷インピーダンスを切り替える送信動作を行ない、
又は、前記受信手段が前記電極に現れた受信信号を読み取ってデータを復調する受信動作を行なう、
ことを特徴とする請求項３に記載の通信装置。
【請求項５】
請求項１に記載の通信システムにおいてリーダライタとして動作する通信装置であって、
電極を含んだ電界カプラと、
前記電極に対し無変調キャリアの信号を印加する手段と、
前記電極に現れた受信信号を読み取ってデータを復調する受信手段と、
送信データに応じて変調した送信信号を前記電極に印加する送信手段と、
を具備することを特徴とする通信装置。
【請求項６】
前記トランスポンダ側の電極との間で誘導結合作用が発生する程度に前記リーダライタ及びトランスポンダ同士が接近した通信状態において、
前記電極に現れる受信信号を前記受信手段がデータ復調する受信動作を行ない、
又は、前記送信手段が送信データに応じて変調した送信信号を前記電極に印加する送信動作を行なう、
ことを特徴とする請求項５に記載の通信装置。
【請求項７】
第１の通信装置と第２の通信装置の間で無線通信を行なう通信システムであって、
前記第１の通信装置は、誘導結合による近接無線通信を行なう第１Ａの通信手段と、高速大容量の無線通信を行なう第１Ｂの通信手段を備え、
前記第２の通信装置は、誘導結合による近接無線通信を行なう第２Ａの通信手段と、高速大容量の無線通信を行なう第２Ｂの通信手段を備える、
ことを特徴とする通信システム。
【請求項８】
前記第１Ａの通信手段は、第１の電極を含んだ電界カプラと、前記第１の電極に対し無変調キャリアの信号を印加する手段と、前記第１の電極に現れた受信信号を読み取ってデータを復調する受信手段を備えて、誘導結合による近接無線通信におけるリーダライタとして機能し、
前記第２Ａの通信手段は、第２の電極を含んだ電界カプラと、前記第２の電極の負荷インピーダンスを切り替える負荷インピーダンス切替手段を備えて、誘導結合により近接無線通信におけるトランスポンダとして機能する、
ことを特徴とする請求項７に記載の通信システム。
【請求項９】
前記リーダライタは、送信データに応じて変調した送信信号を前記第１の電極に印加する送信手段をさらに備え、
前記トランスポンダは、前記第２の電極に現れた受信信号を読み取ってデータを復調する受信手段をさらに備える、
ことを特徴とする請求項８に記載の通信システム。
【請求項１０】
前記第１Ｂ及び第２Ｂの通信手段は、アンテナを用いた電波通信方式の無線通信によって高速大容量のデータ通信を行なう、
ことを特徴とする請求項８に記載の通信システム。
【請求項１１】
前記第１Ｂ及び第２Ｂの通信手段は、誘導結合方式の近接無線通信によって高速大容量のデータ通信を行なう、
ことを特徴とする請求項８に記載の通信システム。
【請求項１２】
前記第１Ｂの通信手段は、前記第１Ａの手段とは１つの電界カプラを時分割で共用し、
又は、前記第２Ｂの通信手段は、前記第２Ａの手段とは１つの電界カプラを時分割で共用する、
ことを特徴とする請求項１１に記載の通信システム。
【請求項１３】
前記第１及び第２の電極の間で誘導結合作用が発生する程度に前記リーダライタ及びトランスポンダ同士が接近した近接無線通信状態において、前記第１Ａの通信手段は前記第１Ｂの通信手段の電源をオンにするとともに、前記第２Ａの通信手段は前記第２Ｂの通信手段の電源をオンにする、
ことを特徴とする請求項９に記載の通信システム。
【請求項１４】
前記通信手段１Ｂと２Ｂの間での高速大容量通信が終了したときに、一定の時間を置いて前記通信手段１Ｂと２Ｂの電源はともにオフになり、前記通信手段１Ａのみが交信範囲の通信手段２Ａと通信可能となる通常の状態（若しくは、高速大容量無線通信における待機期間）となる、
ことを特徴とする請求項１３に記載の通信システム。
【請求項１５】
前記第１及び第２の電極の間で誘導結合作用が発生する程度に前記リーダライタ及びトランスポンダ同士が接近した近接無線通信状態において、前記第１Ａの通信手段は、前記第２Ａの通信手段を通じて前記第２の通信装置のＩＤ情報を取得して、電源をオンにした際に前記第１Ｂの通信手段に該ＩＤ情報を渡すとともに、前記第２Ａの通信手段は、前記第１Ａの通信手段を通じて前記第１の通信装置のＩＤ情報を取得して、電源をオンにした際に前記第２Ｂの通信手段に該ＩＤ情報を渡し、前記第１Ｂ及び第２Ｂの通信手段はそれぞれ取得したＩＤ情報を元に認証処理を行なう、
ことを特徴とする請求項１３に記載の通信システム。
【請求項１６】
請求項７に記載の通信システムにおいて、前記第１の通信装置として動作する通信装置であって、
第１の電極を含んだ電界カプラと、前記第１の電極に対し無変調キャリアの信号を印加する手段と、前記第１の電極に現れた受信信号を読み取ってデータを復調する受信手段と、送信データに応じて変調した送信信号を前記第１の電極に印加する送信手段を備え、リーダライタとして誘導結合による近接無線通信を行なう第１Ａの通信手段と、
高速大容量の無線通信を行なう第１Ｂの通信手段と、
を具備することを特徴とする通信装置。
【請求項１７】
前記第１Ｂの通信手段は、アンテナを用いた電波通信方式の無線通信によって高速大容量のデータ通信を行なう、
ことを特徴とする請求項１６に記載の通信装置。
【請求項１８】
前記第１Ｂの通信手段は、前記第１Ａの手段とは１つの電界カプラを時分割で共用して、誘導結合方式の近接無線通信によって高速大容量のデータ通信を行なう、
ことを特徴とする請求項１６に記載の通信装置。
【請求項１９】
前記トランスポンダとの近接無線通信状態において、前記第１Ａの通信手段は前記第１Ｂの通信手段の電源をオンにし、高速大容量通信が終了したときに一定の時間を置いて前記通信手段１Ｂの電源をオフにして、前記通信手段１Ａのみが通信可能となる通常の状態（若しくは、高速大容量無線通信における待機期間）となる、
ことを特徴とする請求項１６に記載の通信装置。
【請求項２０】
前記トランスポンダとの近接無線通信状態において、前記第１Ａの通信手段による近接無線通信を通じて前記第２の通信装置のＩＤ情報を取得して、電源をオンにした際に前記第１Ｂの通信手段に該ＩＤ情報を渡す、
ことを特徴とする請求項１９に記載の通信装置。
【請求項２１】
請求項７に記載の通信システムにおいて、前記第２の通信装置として動作する通信装置であって、
第２の電極を含んだ電界カプラと、前記第２の電極の負荷インピーダンスを切り替える負荷インピーダンス切替手段と、前記第２の電極に現れた受信信号を読み取ってデータを復調する受信手段を備え、トランスポンダとして誘導結合による近接無線通信を行なう第２Ａの通信手段と、
高速大容量の無線通信を行なう第２Ｂの通信手段と、
を具備することを特徴とする通信装置。
【請求項２２】
前記第２Ｂの通信手段は、アンテナを用いた電波通信方式の無線通信によって高速大容量のデータ通信を行なう、
ことを特徴とする請求項２１に記載の通信装置。
【請求項２３】
前記第２Ｂの通信手段は、前記第２Ａの手段とは１つの電界カプラを時分割で共用して、誘導結合方式の近接無線通信によって高速大容量のデータ通信を行なう、
ことを特徴とする請求項２１に記載の通信装置。
【請求項２４】
前記リーダライタとの近接無線通信状態において、前記第２Ａの通信手段は前記第２Ｂの通信手段の電源をオンにし、高速大容量通信が終了したときに一定の時間を置いて前記通信手段２Ｂの電源をオフにして、前記通信手段２Ａのみが通信可能となる通常の状態（若しくは、高速大容量無線通信における待機期間）となる、
ことを特徴とする請求項１６に記載の通信装置。
【請求項２５】
前記リーダライタとの近接無線通信状態において、前記第２Ａの通信手段による近接無線通信を通じて前記第１の通信装置のＩＤ情報を取得して、電源をオンにした際に前記第２Ｂの通信手段に該ＩＤ情報を渡す、
ことを特徴とする請求項２４に記載の通信装置。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２】
【図１３】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００９−１３５６１０（Ｐ２００９−１３５６１０Ａ）
【公開日】平成２１年６月１８日（２００９．６．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３０７９７４（Ｐ２００７−３０７９７４）
【出願日】平成１９年１１月２８日（２００７．１１．２８）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月１８日（２００９．６．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月２８日（２００７．１１．２８）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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