JP2010252279A - 通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】微弱ＵＷＢを利用した偏波のない近接無線転送において横方向に十分な通信可能範囲を確保する。
【解決手段】結合用電極を読み取り面の中央からオフセットを持った場所に配置し、クレードル７０本体の設置姿勢の変化に従って読み取り面内での結合用電極の場所が移動する作用を利用する。結合用電極の通信可能範囲は２〜３ｃｍであるが、設置姿勢の変化に応じて通信可能範囲が移動するので、読み取り面全体にわたって通信可能範囲が拡張することを理解できよう。クレードル７０が設置される水平面から垂直方向に最大３倍まで、通信可能範囲が拡大する。
【選択図】 図８Ａ

Description

本発明は、高周波の広帯域を用いる微弱ＵＷＢ通信方式により近接距離で大容量データ伝送を行なう通信装置に係り、特に、電界結合を利用した微弱ＵＷＢ通信において横方向に通信可能範囲を確保する通信装置に関する。

非接触通信は、認証情報や電子マネーその他の価値情報のメディアとして広く利用している。例えば、ソニーとＰｈｉｌｉｐｓ社が開発したＮＦＣ（Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）は、ＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３に準拠するＴｙｐｅＡ、ＴｙｐｅＢ、ＦｅｌｉＣａの各ＩＣカードと通信可能なＮＦＣ通信装置（リーダー／ライター）の仕様を規定したＲＦＩＤ規格であり、１３．５６ＭＨｚ帯を使い、電磁誘導方式により近接型（０〜１０ｃｍ以下：Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ）の非接触双方向通信が可能である。また、最近では、非接触通信システムのさらなるアプリケーションとして、動画像や音楽などのダウンロードやストリーミングといった大容量データ伝送を挙げることができる。大容量データ伝送も、単一のユーザー操作で済み、且つ、従来の認証・課金処理と同じアクセス時間の感覚で完結することが好ましく、それゆえ通信レートの高速化が必須となる。

一般的なＲＦＩＤ規格は、１３．５６ＭＨｚ帯を使い、電磁誘導を主原理とする近接型（０〜１０ｃｍ以下：Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ）の非接触双方向通信であり、その通信レートは１０６ｋｂｐｓ〜４２４ｋｂｐｓ程度に過ぎない。これに対し、高速通信に適用可能な近接無線転送技術として、微弱なＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ Ｗｉｄｅ Ｂａｎｄ）信号を用いたＴｒａｎｓｆｅｒＪｅｔ（例えば、特許文献１、非特許文献１を参照のこと）を挙げることができる。この近接無線転送技術（ＴｒａｎｓｆｅｒＪｅｔ）は、基本的に、電界結合作用を利用して信号を伝送する方式であり、その通信装置は、高周波信号の処理を行なう通信回路部と、グランドに対しある程度の高さで離間して配置された結合用電極と、結合用電極に高周波信号を効率的に供給する共振部で構成される。

組み込み用途に適したコンパクト・サイズのＮＦＣ通信用リーダー／ライター・モジュールが既に開発製造されており、さまざまな機器に実装して用いることができる。これに対し、既存の情報機器に上記の近接無線転送機能を提供する１つの手段として、クレードル（Ｃｒａｄｌｅ）を挙げることができる。例えば、高周波結合器を搭載したクレードルをパーソナル・コンピューター本体にＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）接続すれば、近接無線転送機能を搭載した携帯電話機やディジタルカメラとパーソナル・コンピューターの間で近接無線転送によるデータ送受信が可能になる。

例えば、非接触ＩＣカードを装着したカメラ付き携帯装置を取り付けて、非接触ＩＣカードと無線通信して画像データの読み書きを行なうカード・リーダ／ライタを備えたクレードル装置について提案がなされている（例えば、特許文献２を参照のこと）。さらには、ディジタルカメラとの間でＢｌｕｅｔｏｏｔｈ通信などの無線通信を行なうクレードルについても提案がなされている（例えば、特許文献３を参照のこと）。

従来、クレードルを機種毎の専用付属品若しくは専用オプション品として提供するのが一般的であった。ところが、家庭内でも各自が異なる機種の製品を所持することから、家中にクレードルが氾濫するのを避けるには、ユニバーサル・デザイン化し、複数の機種で１つのクレードルを共用することが好ましいと思料される。

ところが、携帯電話機やディジタルカメラなどの携帯情報機器は、機種毎のデザインや操作性はさまざまであることから、機器本体の形状が不定であるとともに、機器内での高周波結合器の設置場所は区々である。このため、机上（若しくは床面）に携帯電話機を同じような姿勢で設置して、クレードルを隣り合わせに設置したとしても、高周波結合器の結合用電極がクレードル側の読み取り面と適切に向き合っているとは限らない。

例えば、携帯電話機には、メモリカードの形態で近接無線転送機能を提供することができる。この場合、図１０Ａならびに図１０Ｂに示すように、メモリカード・スロットの配置場所は機種毎に相違する。携帯電話機本体を同じ設置姿勢にしてクレードルに接近させても、高周波結合器の位置は異なってしまうため、常に同じ通信品質が得られるとは限らない。

微弱ＵＷＢを利用した近接無線転送は、２〜３ｃｍ程度の通信距離であり、高周波結合器は、偏波を持たず、高さ方向にも横方向にもほぼ同程度の広さとなる、ほぼ半球ドーム状の通信可能範囲を有する。他方、携帯情報機器の高さを５ｃｍ、厚さを１ｃｍ前後とすると、機種毎のデザインの相違や机上に機器を載せた際の姿勢の相違に応じた結合用電極の高さの差は５ｃｍ程度に相当することもある。すなわち、通信相手機器の設置姿勢による結合用電極の高さの変化は、近接無線転送技術の通信範囲を超える値である。

特開２００８−９９２３６号公報 特開２００７−７９８４５号公報 特開２００７−２８３０２号公報

ｗｗｗ．ｔｒａｎｓｆｅｒｊｅｔ．ｏｒｇ／ｅｎ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ（平成２１年３月２３日現在）

本発明の目的は、高周波の広帯域を用いる微弱ＵＷＢ通信方式により近接距離で大容量データ伝送を行なうことができる、優れた通信装置を提供することにある。

本発明のさらなる目的は、微弱ＵＷＢを利用した偏波のない近接無線転送において横方向に十分な通信可能範囲を確保することができる、優れた通信装置を提供することにある。

本発明のさらなる目的は、クレードルのように情報機器本体に接続して用いられ、通信相手を設置した姿勢に応じた結合用電極の高さの変化を許容できる程度の横方向の通信可能範囲を確保することができる、優れた通信装置を提供することにある。

本願は、上記課題を参酌してなされたものであり、請求項１に記載の発明は、
データを伝送する高周波信号の処理を行なう通信回路部と、
前記通信回路部に接続される高周波信号の伝送路と、
グランドと、
前記グランドに対向して前記高周波信号の波長に対して無視し得る高さだけ離間するように支持される結合用電極と、
前記伝送路を介して前記結合用電極に流れ込む電流を大きくするための共振部と、
一端面において中央からオフセットを持つ場所に前記結合用電極を配置する読み取り面を有するとともに、複数の設置姿勢を持つ、前記の各部を収容する本体筐体と、
を備え、
前記結合用電極に蓄えられた前記電荷の中心と前記グランドに蓄えられた鏡像電荷の中心を結ぶ線分からなる微小ダイポールを形成し、前記微小ダイポールの方向となす角θがほぼ０度となるように対向して配置された通信相手側に向けて前記高周波信号を伝送する、
ことを特徴とする通信装置である。

また、本願の請求項２に記載の発明によれば、請求項１に係る通信装置は、所定の通信プロトコルに従って外部機器とデータ送受信を行なう通信インターフェース制御部と、前記通信回路部及び前記通信インターフェース制御部における通信動作を含む装置全体の動作を制御する制御部をさらに備えている。

また、本願の請求項２に記載の発明によれば、請求項１に係る通信装置の前記筐体はほぼ立方体の形状を有するとともに、前記立方体の一端面を読み取り面として前記読み取り面の中央からオフセットを持つ場所に前記結合用電極を配置しており、前記立方体の接地面を変えることによって複数の異なる設置姿勢をとるように構成されている。

本発明によれば、高周波の広帯域を用いる微弱ＵＷＢ通信方式により近接距離で大容量データ伝送を行なうことができる、優れた通信装置を提供することができる。

また、本発明によれば、微弱ＵＷＢを利用した偏波のない近接無線転送において横方向に十分な通信可能範囲を確保することができる、優れた通信装置を提供することができる。

また、本発明によれば、クレードルのように情報機器本体に接続して用いられ、通信相手を設置した姿勢に応じた結合用電極の高さの変化を許容できる程度の横方向の通信可能範囲を確保することができる、優れた通信装置を提供することができる。

本願の請求項１に記載の発明によれば、結合用電極を読み取り面の中央からオフセットを持った場所に配置し、本体筐体の設置姿勢の変化に従って読み取り面内での結合用電極の場所が移動する作用を利用することができる。この結果、通信相手である携帯情報機器を設置した姿勢に応じた結合用電極の高さの変化を許容できる程度の横方向の通信可能範囲を確保することができる。

本願の請求項２に記載の通信装置は、クレードルとして、パーソナル・コンピューターなどの情報機器に近接無線転送機能を提供することができ、さらに、通信相手である携帯情報機器を設置した姿勢に応じた結合用電極の高さの変化を許容できる程度の横方向の通信可能範囲を確保することができる。

本願の請求項３に記載の発明によれば、ほぼ立方体の形状を有するクレードル本体の接地面を変えることによって複数の接地姿勢を有することができる。すなわち、接地面が変わると、読み取り面は中央回りに回転するので、読み取り面内での結合用電極の場所が移動し、横方向の通信可能範囲を拡張することができる。

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。

図１は、電界結合作用を利用した微弱ＵＷＢ通信方式による近接無線転送システムの構成を模式的に示した図である。 図２は、送信機１０及び受信機２０のそれぞれに配置される高周波結合器の基本構成を示した図である。 図３は、図２に示した高周波結合器の一実装例を示した図である。 図４は、微小ダイポールによる電磁界を表した図である。 図５は、図４に示した電磁界を結合用電極上にマッピングした図である。 図６は、容量装荷型アンテナの構成例を示した図である。 図７は、近接無線転送機能を提供するクレードルの内部構成例を示した図である。 図８Ａは、立方体のクレードル７０の設置姿勢の変化に伴って結合用電極の場所が移動する様子を示した図である。 図８Ｂは、立方体のクレードル７０の設置姿勢の変化に伴って結合用電極の場所が移動する様子を示した図である。 図８Ｃは、立方体のクレードル７０の設置姿勢の変化に伴って結合用電極の場所が移動する様子を示した図である。 図８Ｄは、立方体のクレードル７０の設置姿勢の変化に伴って結合用電極の場所が移動する様子を示した図である。 図９は、立方体からなるクレードル７０本体の読み取り面の１辺を５〜６ｃｍとした場合の各設置姿勢における通信可能範囲を例示した図である。 図１０Ａは、携帯情報機器の機種毎の高周波結合器の設置場所の相違を説明するための図である。 図１０Ｂは、携帯情報機器の機種毎の高周波結合器の設置場所の相違を説明するための図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。

まず、微弱ＵＷＢ通信方式による近接無線転送の動作原理について説明する。

図１には、電界結合作用を利用した微弱ＵＷＢ通信方式による近接無線転送システムの構成を模式的に示している。同図において、送信機１０及び受信機２０がそれぞれ持つ送受信に用いられる結合用電極１４及び２４は、例えば３ｃｍ程度離間して対向して配置され、電界結合が可能である。送信機側の送信回路部１１は、上位アプリケーションから送信要求が生じると、送信データに基づいてＵＷＢ信号などの高周波送信信号を生成し、送信用電極１４から受信用電極２４へ電界信号として伝搬する。そして、受信機２０側の受信回路部２１は、受信した高周波の電界信号を復調及び復号処理して、再現したデータを上位アプリケーションへ渡す。

ＵＷＢ通信のように高周波、広帯域を使用する通信方式によれば、近距離において１００Ｍｂｐｓ程度の超高速データ伝送を実現することができる。また、後述するように放射電界ではなく静電界若しくは誘導電界の結合作用によりＵＷＢ通信を行なう場合、その電界強度は距離の３乗若しくは２乗に反比例することから、無線設備から３メートルの距離での電界強度が所定レベル以下に抑制することで無線局の免許が不要となる微弱無線とすることが可能であり、安価に通信システムを構成することができる。また、電界結合方式により近距離でデータ通信を行なうので、周辺に存在する反射物からの反射波が小さいため干渉の影響が少ない、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、といった利点がある。

一方、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ことから、電界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長さである。とりわけ、高周波回路では、低周波回路に比べると特性インピーダンスの問題はより深刻であり、送受信機の電極間の結合点においてインピーダンス不整合による影響は顕在化する。

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、送信機及び受信機が電極のみからなる結合器を備え、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。これに対し、ＧＨｚ帯の高周波を使い、波長に対して無視できない距離で信号を伝送する通信では、空間での伝搬損が大きいため、伝送信号の反射を抑え、伝送効率を向上させる必要がある。送信機及び受信機のそれぞれにおいて伝送路が所定の特性インピーダンス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。例えば、図１に示したシステムにおいて、送信回路部１１と送信用電極１４を結ぶ高周波電界信号の伝送路は例えば５０Ωのインピーダンス整合がとられた同軸線路であったとしても、送信用電極１４と受信用電極２４間の結合部におけるインピーダンスが不整合であると、電界信号は反射して伝搬損を生じることから、通信効率が低下する。

そこで、図２に示すように、送信機１０及び受信機２０のそれぞれに配置される高周波結合器は、平板状の電極１４、２４と、直列インダクタ１２、２２、並びに、並列インダクタ１３、２３からなる共振部を、送受信回路部１１、２１と結合用電極１４、２４間を接続する高周波信号伝送路に装荷して構成される。ここで言う高周波信号伝送路とは、同軸ケーブル、マイクロストリップ線路、コプレーナ線路などで構成することができる。このような高周波結合器を向かい合わせて配置すると、準静電界が支配的な極近距離では結合部分がバンドパス・フィルタのように動作して、高周波信号を伝達することができる。また、誘導電界が支配的な、波長に対して無視できない距離であっても、結合用電極とグランドにそれぞれたまる電荷並びに鏡像電荷によって形成される微小ダイポールから発生する誘導電界を介して２つの高周波結合器の間で効率よく高周波信号を伝達することができる。

ここで、送信機１０と受信機２０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、各結合器を平板状の電極１４、２４と直列インダクタを高周波信号伝送路上に直列接続するという簡素な構造であっても、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。しかしながら、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、並列インダクタ１３、２３を設けることによって、より大きな電化を結合用電極１４に送り込み、結合用電極１４、２４間で強い電界結合作用を生じさせることができる。また、結合用電極１４の表面の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（微小ダイポールの方向：後述）に振動する縦波の電界信号として、結合用電極１４の表面から伝搬する。この電界の波により、結合用電極１４、２４間の距離（位相長さ）が比較的大きな場合であっても電界信号を伝搬することが可能になる。

したがって、電界結合作用を利用した微弱ＵＷＢ通信方式による近接無線転送システムでは、高周波結合器として必須の条件は以下の通りとなる。

（１）グランドに対向して高周波信号の波長に対して無視し得る高さだけ離間した位置に電界で結合するための結合用電極があること。
（２）より強い電界で結合させるための共振部（並列インダクタやスタブ）があること。
（３）通信に使用する周波数帯において、結合用電極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、直列・並列インダクタ、及び、結合用電極によるコンデンサの定数、あるいはスタブの長さが設定されていること。

図１に示したシステムにおいて、送信機１０及び受信機２０の各結合用電極１４及び２４が適当な距離を隔てて対向すると、２つの高周波結合器は、所望の高周波数帯の電界信号を通過するバンドパス・フィルタとして動作するとともに、単体の高周波結合器としては電流を増幅するインピーダンス変換回路として作用して、結合用電極には振幅の大きな電流が流入する。他方、高周波結合器が自由空間に単独で置かれるとき、高周波結合器の入力インピーダンスは高周波信号伝送路の特性インピーダンスと一致しないので、高周波信号伝送路に入った信号は高周波結合器内で反射され、外部に放射されないことから近隣の他の通信システムへの影響はない。すなわち、送信機側では、通信を行なうべき相手がいないときには、アンテナのように電波を垂れ流すことはなく、通信を行なうべき相手が近づいたときのみインピーダンス整合がとれることによって高周波の電界信号の伝達が行なわれる。

図３には、図２に示した高周波結合器の一実装例を示している。送信機１０及び受信機２０側のいずれの高周波結合器も同様に構成することができる。同図において、結合用電極１４は円柱状の誘電体からなるスペーサー１５の上面に配設され、プリント基板１７上の高周波信号伝送路とはこのスペーサー１５内を貫挿するスルーホール１６を通して電気的に接続されている。

例えば、所望の高さを持つ円柱状の誘電体にスルーホール１６を形成した後、スルーホール１６中に導体を充填させるとともに、この円柱の上端面に結合用電極１４となるべき導体パターンを、例えば鍍金技術により蒸着する。また、プリント基板１７上には、高周波伝送線路となる配線パターンが形成されている。そして、プリント基板１７上にこのスペーサー１５をリフロー半田などにより実装することによって製作することができる。

プリント基板１７の回路実装面から結合用電極１４までの高さ、すなわちスルーホール１６の長さ（位相長さ）を使用波長に応じて適当に調整することで、スルーホール１６がインダクタンスを持ち、図２に示した直列インダクタ１２と代用することができる。また、高周波信号伝送路はチップ状の並列インダクタ１３を介してグランド１８に接続されている。

ここで、送信機１０側の結合用電極１４において発生する電磁界について考察してみる。

図１並びに図２に示すように、結合用電極１４は、高周波信号の伝送路の一端に接続され、送信回路部１１から出力される高周波信号が流れ込んで、電荷を蓄える。このとき、直列インダクタ１２及び並列インダクタ１３からなる共振部の共振作用によって、伝送路を介して結合用電極１４に流れ込む電流は増幅され、より大きな電荷が蓄えられる。

また、結合用電極１４に対向するように、高周波信号の波長に対して無視し得る高さ（位相長さ）だけ離間して、グランド１８が配置されている。そして、上述のように結合用電極１４に蓄えられると、グランド１８には鏡像電荷が蓄えられる。平面導体の外部に点電荷Ｑを置くと、平面導体内には（表面電荷分布を置き換えた仮想的な）鏡像電荷−Ｑが配置されるが、このことは、例えば溝口正著「電磁気学」（裳華房、第５４頁乃至第５７頁）にも記載されているように、当業界で周知である。

この結果、結合用電極１４に蓄えられた電荷の中心とグランド１８に蓄えられた鏡像電荷の中心を結ぶ線分からなる微小ダイポールが形成される。厳密に言うと、電荷Ｑと鏡像電荷−Ｑは体積を持ち、微小ダイポールが電荷の中心と鏡像電荷の中心を結ぶように形成される。ここで言う「微小ダイポール」は、「電気ダイポールの電荷間の距離が非常に短いもの」を指す。例えば虫明康人著「アンテナ・電波伝搬」（コロナ社、１６頁〜１８頁）にも、「微小ダイポール」が記載されている。そして、微小ダイポールによって、電界の横波成分Ｅ_θ、電界の縦波成分Ｅ_R、微小ダイポール回りの磁界Ｈ_φが発生する。

図４には、微小ダイポールによる電磁界を表している。また、図５には、この電磁界を結合用電極上にマッピングした様子を示している。図示のように、電界の横波成分Ｅ_θは伝搬方向と垂直な方向に振動し、電界の縦波成分Ｅ_Rは伝搬方向と平行な向きに振動する。また、微小ダイポール回りには磁界Ｈ_φが発生する。下式（１）〜（３）は微小ダイポールによって生成される電磁界を表している。同式中、距離Ｒの３乗に反比例する成分は静電界、距離Ｒの２乗に反比例する成分は誘導電界、距離Ｒに反比例する成分は放射電界である。

図１に示した近接無線転送システムにおいて、周辺の他のシステムへの妨害波を抑制するには、放射電界の成分を含む横波Ｅ_θを抑制しながら、放射電界の成分を含まない縦波Ｅ_Rを利用することが好ましいと考えられる。何故ならば、上式（１）、（２）から分かるように、電界の横波成分Ｅ_θは距離に反比例する（すなわち、距離減衰の小さい）放射電界を含むのに対して、縦波成分Ｅ_Rは放射電界を含まないからである。

まず、電界の横波成分Ｅ_θを生じないようにするには、高周波結合器がアンテナとして動作しないようにする必要がある。図２に示した高周波結合器は、一見すると、アンテナ素子の先端に金属を取り付けて静電容量を持たせ、アンテナの高さを短縮させる「容量装荷型」のアンテナと構造が類似する。したがって、高周波結合器が容量装荷型アンテナとして動作しないようにする必要がある。図６には、容量装荷型アンテナの構成例を示しているが、同図中で矢印Ａ方向に主に電界の縦波成分Ｅ_Rが発生するとともに、矢印Ｂ₁、Ｂ₂方向には電界の横波成分Ｅ_θが発生する。

図３に示した結合用電極の構成例では、誘電体１５とスルーホール１６は、結合用電極１４とグランド１８との結合を回避する役割と、直列インダクタ１２を形成する役割を兼ね備えている。プリント基板１７の回路実装面から電極１４まで十分な高さをとって直列インダクタ１２を構成することによって、グランド１８と電極１４との電界結合を回避して、受信機側の高周波結合器との電界結合作用を確保する。但し、誘電体１５の高さが大きい、すなわちプリント基板１７の回路実装面から電極１４までの距離が使用波長に対して無視できない長さになると、高周波結合器が容量装荷型アンテナとして作用してしまい、図６中の矢印Ｂ₁、Ｂ₂方向で示したような横波成分Ｅ_θが発生する。よって、誘電体１５の高さは、電極１４とグランド１８との結合を回避して高周波結合器としての特性を得るとともに、インピーダンス・マッチング回路として作用するために必要な直列インダクタ１２を構成するために十分な長さとし、直列インダクタ１２に流れる電流による不要電波Ｅ_θの放射が大きくならない程度に短いことが条件となる。

他方、上式（２）から、縦波Ｅ_R成分は微小ダイポールの方向となす角θ＝０度で極大となることが分かる。したがって、電界の縦波Ｅ_Rを効率的に利用して非接触通信を行なうには、微小ダイポールの方向となす角θがほぼ０度となるように対向して受信機側の高周波結合器を配置して、高周波の電界信号を伝送することが好ましい。

また、直列インダクタ１２と並列インダクタ１３からなる共振部によって、共振部によって結合用電極１４に流れ込む高周波信号の電流をより大きくすることができる。この結果、結合用電極１４に蓄積される電荷とグランド側の鏡像電荷によって形成される微小ダイポールのモーメントを大きくすることができ、微小ダイポールの方向となす角θがほぼ０度となる伝搬方向に向かって、縦波Ｅ_Rからなる高周波の電界信号を効率的に放出することができる。

パーソナル・コンピューターなど既存の情報機器に近接無線転送機能を提供する１つの手段として、クレードルを挙げることができる。例えば、情報機器本体にクレードルをＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）接続すれば、近接無線転送機能を搭載した携帯電話機やディジタルカメラとの間で近接無線転送によるデータ送受信が可能になる。

図７には、近接無線転送機能を提供するクレードルの内部構成例を示している。図示のクレードル７０は、制御部７１と、ＵＳＢインターフェース制御部７２と、近接無線転送インターフェース制御部７３と、高周波結合器７４を備えている。

制御部７１は、当該クレードル７０内部の動作を統括的にコントロールする。

ＵＳＢインターフェース制御部７２は、ＵＳＢ端子７２Ａに取り付けられたＵＳＢケーブル７２Ｂを介してＵＳＢ接続されるパーソナル・コンピューター（図示しない）などのＵＳＢホストに対してＵＳＢデバイスとして機能して、ＵＳＢプロトコルに従うデータ送受信するための動作を制御する。

高周波結合器７４は、図１、図２に示したように、結合用電極１４、２４、グランド１８、２８、直列インダクタ１２、２２及び並列インダクタ１３、２３などからなる共振部で構成され、携帯電話機やディジタルカメラなどの通信相手側の高周波結合器（図示しない）との間で電界結合作用を利用した信号伝送を行なうことができる。また、近接無線転送インターフェース制御部７３は、図１、図２に示した送受信機１０、２０の送受信通信部１１、２１として、近接無線転送によるデータ送受信動作を制御する。

家中に複数のクレードル７０が氾濫するのを避けるためにも、機種毎の線用品として提供するのではなく、ユニバーサル・デザイン化して、複数の機種で１つのクレードルを共用することが好ましい。クレードル７０と携帯情報機器間を非接触で接続するような場合には、本体が特定形状をなす携帯情報機器のみを係合する構造とはせず、例えばクレードル７０本体の一端面をデータ読み取り面とし、この読み取り面の傍らに設置された携帯情報機器と（機械的な係合関係なしに）近接無線転送を行なうようにすればよい。また、読み取り面内では、通信品質がほぼ均一であること、すなわち、読み取り面内のどこの位置に携帯情報機器を近づけても同様の通信品質が得られることが好ましい。

ここで、微弱ＵＷＢを利用した近接無線転送によると、高周波結合器７４の通信距離は例えば２〜３ｃｍ程度である。また、結合用電極は、偏波を持たず、高さ方向にも横方向にもほぼ同程度の広さとなることから、通信可能範囲はほぼ半球ドーム状をなす。

他方、携帯電話機やディジタルカメラなどの携帯情報機器は、機種毎のデザインや操作性はさまざまであることから、機器の形状が不定であるとともに機器内での高周波結合器の設置場所は区々である。このため、机上（若しくは床面）に携帯電話機を同じような姿勢にして、クレードルを隣り合わせに設置したとしても、高周波結合器の結合用電極がクレードル側の読み取り面と適切に向き合っているとは限らない。例えば、携帯情報機器の高さを５ｃｍ、厚さを１ｃｍ前後とすると、機種毎のデザインの相違や机上に機器を載せた際の姿勢の相違に応じた結合用電極の高さの差は５ｃｍ程度に相当することもある。すなわち、機器の設置姿勢による結合用電極の高さの変化は、近接無線転送技術の通信範囲を超える値である。

このため、クレードルの読み取り面は、通信相手である携帯情報機器を設置した姿勢に応じた結合用電極の高さの変化を許容できる程度の横方向の通信可能範囲を確保する必要がある。

クレードルの読み取り面の通信可能範囲を拡張する１つの方法として、結合用電極（若しくは、結合用電極が持つ２〜３ｃｍの通信可能範囲）を読み取り面の中央からオフセットを持った場所に配置し、クレードル７０本体の設置姿勢の変化に従って読み取り面内での結合用電極の場所が移動する作用を利用する方法が挙げられる。

例えば、クレードル７０本体が図８に示すように立方体をなす場合、読み取り面を前方に向けたまま、図８Ａ〜図８Ｄに示すように、０度、９０度、１８０度、２７０度の４通りの設置姿勢をとることができる。そして、設置姿勢の変化に応じて、結合用電極の場所並びに通信可能範囲は必然的に移動していく。

図９には、立方体からなるクレードル７０本体の読み取り面の１辺を５〜６ｃｍとした場合の各設置姿勢における通信可能範囲を例示している。結合用電極の通信可能範囲は２〜３ｃｍであるが、設置姿勢の変化に応じて通信可能範囲が移動するので、読み取り面全体にわたって通信可能範囲が拡張することを理解できよう。クレードル７０が設置される水平面から垂直方向に最大３倍まで、通信可能範囲が拡大する。

なお、本発明の要旨は、クレードル７０本体が立方体に限定されるものではない。クレードル７０本体が複数の設置姿勢を持つものであれば、立方体以外の形状であっても良く、読み取り面においてその中央からオフセットを持った場所に結合用電極を配置することで、クレードル７０本体の設置姿勢の変化に従って読み取り面内での結合用電極の場所が移動する作用を利用して、読み取り免における通信可能範囲を拡大することができる。

以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳細に説明してきた。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。

本明細書では、ＵＷＢ信号を電界結合によりケーブルレスでデータ伝送する通信システムに適用した実施形態を中心に説明してきたが、本発明の要旨はこれに限定されるものではない。例えば、ＵＷＢ通信方式以外の高周波信号を使用する通信システムや、比較的低い周波数信号を用いて電界結合、あるいはその他の電気磁気的作用によりデータ伝送を行なう通信システムに対しても、同様に本発明を適用することができる。

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。

１０…送信機、
１１…送信回路部
１２、２２…直列インダクタ
１３、２３…並列インダクタ
１４…送信用電極
１５…誘電体（スペーサー）
１６…スルーホール
１７…プリント基板
１８…グランド
２０…受信機
２１…受信回路部
２４…受信用電極
７１…制御部
７２…ＵＳＢインターフェース制御部
７２Ａ…ＵＳＢ端子
７２Ｂ…ＵＳＢケーブル
７３…近接無線転送インターフェース制御部
７４…高周波結合器

Claims (3)

1. データを伝送する高周波信号の処理を行なう通信回路部と、
   前記通信回路部に接続される高周波信号の伝送路と、
   グランドと、
   前記グランドに対向して前記高周波信号の波長に対して無視し得る高さだけ離間するように支持される結合用電極と、
   前記伝送路を介して前記結合用電極に流れ込む電流を大きくするための共振部と、
   一端面において中央からオフセットを持つ場所に前記結合用電極を配置する読み取り面を有するとともに、複数の設置姿勢を持つ、前記の各部を収容する本体筐体と、
   を備え、
   前記結合用電極に蓄えられた前記電荷の中心と前記グランドに蓄えられた鏡像電荷の中心を結ぶ線分からなる微小ダイポールを形成し、前記微小ダイポールの方向となす角θがほぼ０度となるように対向して配置された通信相手側に向けて前記高周波信号を伝送する、
   ことを特徴とする通信装置。
2. 所定の通信プロトコルに従って外部機器とデータ送受信を行なう通信インターフェース制御部と、
   前記通信回路部及び前記通信インターフェース制御部における通信動作を含む装置全体の動作を制御する制御部と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
3. 前記筐体はほぼ立方体の形状を有し、
   前記立方体の一端面を読み取り面とし、前記読み取り面の中央からオフセットを持つ場所に前記結合用電極を配置し、
   前記立方体の接地面を変えることによって異なる設置姿勢をとる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。