JP2012015985A - 通信エリア設定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】近距離無線通信の通信距離の確保と、通信端末内の回路破壊の防止とを両立することができる通信エリア設定装置を提供する。
【解決手段】リーダライタ１０の可変式ダンプ抵抗２２にＨｉインピーダンス抵抗２３を並列接続し、Ｈｉインピーダンス抵抗２３によってアンテナ電流Ｉａを監視することにより、電子キー２の接近を検知する。アンテナ電流Ｉａが低下すると、電子キー２がアンテナ１３に接近してきたとして可変式ダンプ抵抗２２を高い値に切り換え、アンテナ電流Ｉａを弱める。このため、アンテナ１３の送信磁界強度が低くなって、アンテナ１３の送信エリアが小さくなる。よって、電子キー２の接近検知を広めにとるために、最初はアンテナ１３の送信強度を高めに設定しておいても、電子キー２の接近に伴ってアンテナ１３の送信磁界強度が弱に切り換えられるので、電子キー２に過剰な電力が供給されずに済む。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁界アンテナの通信エリアを設定する通信エリア設定装置に関する。

従来、２者間の無線通信として、例えばＮＦＣ（Near Field Communication）が広く普及している（特許文献１等参照）。ＮＦＣには、例えばMifareやフェリカ（ともに登録商標）等がある。ＮＦＣでは、通信マスタにリーダライタが設置され、このリーダライタにタグがかざされると、双方向通信が開始される。詳しくは、リーダライタから送信された駆動電波によってタグが起動し、タグがデータをリーダライタに返信する。タグは、非常に小さなＩＣチップからなる。

特開平１０−２６６６５１号公報

ところで、この種のＮＦＣの通信距離は、電波法やＩＳＯ規格を満たすために、例えば10cm以下と非常に短い現状がある。ここで、仮に通信距離を延ばすために、例えばリーダライタの送信磁界の強度を強くすることも想定されるが、この対策をとると、タグが接近した際に、タグの電子回路に過剰の電力が供給されるため、タグの電子回路が破壊される可能性があった。よって、ＮＦＣの通信距離の確保と、タグの回路破壊防止とを両立したいニーズがあった。

本発明の目的は、近距離無線通信の通信距離の確保と、通信端末内の回路破壊の防止とを両立することができる通信エリア設定装置を提供することにある。

前記問題点を解決するために、本発明では、通信マスタとその通信端末とが磁界を電波とする近距離無線通信を介して通信する通信エリア設定装置において、前記通信マスタへの前記通信端末の接近距離を検出する距離検出手段と、前記通信マスタのアンテナの送信磁界強度を決める一要素である可変式設定要素と、前記距離検出手段の検出値を基に前記可変式設定要素の値を設定することにより、前記送信磁界強度を前記接近距離に応じた値に切り換えて、前記通信マスタの通信エリアを設定するエリア設定手段とを備えたことを要旨とする。

この構成によれば、通信マスタへの通信端末の接近距離が監視され、この接近距離に応じた範囲に通信マスタの通信エリアが設定される。よって、通信マスタと通信端末との間の距離に応じて、通信マスタの通信エリアが調整される。このため、通信端末が通信マスタから遠い位置にある際、通信マスタの送信磁界強度を強くすれば、通信マスタの送信磁界が通信端末まで届くことになり、２者間の通信距離を広くとることが可能となる。

また、通信マスタの通信エリアが通信端末との接近距離に応じて切り換わるので、通信端末が通信マスタに近づくに従い、通信マスタの送信磁界強度を低い値に切り換えることも可能である。よって、通信マスタと通信端末との通信距離を延ばした場合であっても、通信端末に高い電圧の送信磁界が加わらない。このため、通信端末の電子回路に高電圧がかからずに済むので、通信端末の電子回路を破損から保護することも可能となる。

本発明では、前記エリア設定手段は、前記通信端末が前記通信マスタに近づくに従い、前記送信磁界強度を小さくすることを要旨とする。
この構成によれば、通信マスタと通信端末との間の通信距離を広くとるために、最初は通信マスタの送信磁界強度を強く設定していても、通信端末が通信マスタに接近するに従って、通信マスタの送信磁界強度が小さい値に切り換えられる。よって、通信マスタと通信端末との通信距離を延ばしても、通信端末に過度に強い送信磁界が付与されない。

本発明では、前記距離検出手段は、前記アンテナに流れる電流を基に、前記接近距離を検出するアンテナ電流検出手段であることを要旨とする。
この構成によれば、アンテナ電流によって接近距離を検出するので、電流値を検出する素子を通信マスタに搭載するだけで接近距離を検出することが可能となる。

本発明では、前記距離検出手段は、前記通信マスタにおける通信回路のインピーダンス変化を基に、前記接近距離を検出するインピーダンス検出手段であることを要旨とする。
この構成によれば、通信マスタにおける通信回路のインピーダンス変化を基に接近距離を検出するので、アンテナ電流で接近距離を検出する場合に必要であった素子等を用いることなく、接近距離を検出することが可能となる。

本発明では、前記距離検出手段は、前記通信マスタの制御回路から流れ出る電流を基に、前記接近距離を検出する消費電流検出手段であることを要旨とする。
この構成によれば、通信マスタの制御回路から流れ出る電流を基に接近距離を検出するので、制御回路から流れ出る電流を直に見るという簡素な構成によって接近距離を検出することが可能となる。

本発明では、前記可変式設定要素は、可変式のダンプ抵抗であることを要旨とする。
この構成によれば、可変式設定要素を可変式のダンプ抵抗としたので、アンテナの共振回路のＱ値を低くするために通信マスタに元から備えられていたダンプ抵抗を、可変式のものに置き換えるだけで済む。よって、本例を採用するにあたって、大幅な回路変更が生じない。

本発明では、前記可変式設定要素は、アンプであって、前記エリア設定手段は、前記アンプの利得を切り換えることにより、前記通信エリアを設定することを要旨とする。
この構成によれば、アンプの利得を切り換えることでアンテナの通信エリアを変更するので、アンテナ側のインピーダンスを大きく変化させることなく、アンテナの通信エリアのみを変更することが可能となる。このため、インピーダンス変化を要因とする消費電流の増加に影響を受けずに、アンテナの通信エリアの切り換えが可能となる。

本発明では、前記可変式設定要素は、可変式のダンプ抵抗と、整合回路の静電容量成分とを備え、前記エリア設定は、前記可変式のダンプ抵抗及び前記静電容量成分を切り換えることにより、前記通信エリアを設定することを要旨とする。

この構成によれば、例えば可変式ダンプ抵抗のみを調整することでアンテナの通信エリアを変更すると、アンテナ側のインピーダンスが大きく変化して、アンテナ側と制御回路側とでインピーダンスがマッチングし、消費電流が増加するとともに通信波形も変化する。従って、安定した通信が実現できる範囲での変化幅はそれ程大きくない。しかし、静電容量成分も同時に調整することにより、インピーダンス変化を軽減させるため、より効果的（劇的）にアンテナの通信エリアの切り換えが可能となる。

本発明によれば、近距離無線通信の通信距離の確保と、通信端末内の回路破壊の防止とを両立することができる。

第１実施形態における通信エリア設定装置の構成を示す回路ブロック図。 アンテナの共振回路のＱ値をダンプする説明図。 接近距離とアンテナ電流との相関関係を示すグラフ。 （ａ），（ｂ）は本例の作用を説明する遷移図。 第２実施形態における通信エリア設定装置の構成を示す回路ブロック図。 接近距離に応じたインピーダンスの移り変わりを示すスミスチャート。 （ａ），（ｂ）はスミスチャートの構成原理を示す説明図。 第３実施形態における通信エリア設定装置の構成を示す回路ブロック図。 接近距離と通信回路消費電流との相関関係を示すグラフ。 第４実施形態における通信エリア設定装置の回路ブロック図。 リーダライタの出力と通信距離との関係を示すグラフ。 第５実施形態における通信エリア設定装置の回路ブロック図。 （ａ）〜（ｃ）はＲＦ回路インピーダンスの変化と電子キーの誘起電圧の変化との関係図。 別例におけるアンテナ構成を示す回路図。 他の別例におけるアンテナ構成を示す回路図。

（第１実施形態）
以下、本発明を車両に具体化した通信エリア設定装置の第１実施形態を図１〜図４に従って説明する。

図１に示すように、車両１には、電子キー２との近距離無線通信によりＩＤ照合を実行する電子キーシステム３が設けられている。近距離無線通信は、いわゆるＮＦＣ（Near Field Communication）であって、例えばMifareやフェリカ（ともに登録商標）等が使用されている。この電子キーシステム３において、車外でＩＤ照合（車外照合）が成立すれば、ドアロック施解錠が許可又は実行され、車内でＩＤ照合（車内照合）が成立すれば、エンジン始動が許可される。なお、電子キー２が通信端末に相当する。

この場合、車両１には、電子キー２のＩＤコードを照合するキー照合装置４と、車両ドアの施解錠動作を管理するドアロック装置５と、エンジンの動作を管理するエンジン始動装置６とが設けられ、これらが車内バス７を介して接続されている。このうち、キー照合装置４には、ＩＤコードの照合動作を実行する照合ＥＣＵ８が設けられている。エンジン始動装置６には、車両１の電源状態を切り換える際に操作するエンジンスイッチ９が接続されている。

照合ＥＣＵ８には、電子キーシステム３の車両１側の通信装置としてリーダライタ１０が接続されている。リーダライタ１０は、通信相手である電子キー２への各種データの書き込み及び読み出しを行うものである。なお、リーダライタ１０は、車外照合及び車内照合を行うために車外及び車内のそれぞれに設けられているが、本例の場合は便宜上、これらを１つのリーダライタ１０として図示する。また、リーダライタ１０が通信マスタに相当する。

リーダライタ１０には、電子キー２との近距離無線通信を管理するリーダライタ制御ＥＣＵ１１が設けられている。リーダライタ制御ＥＣＵ１１には、通信回路１２を介して近距離無線通信用のアンテナ１３が接続されている。アンテナ１３は、電波として磁界を送信する磁界アンテナであって、例えばループアンテナが使用されている。アンテナ１３は、送受信アンテナであって、例えばＨＦ（High Frequency：13.56MHz）帯の電波を送受信する。アンテナ１３は、インダクタンスＬとしてのアンテナコイル１４と、複数のキャパシタンスＣを持つ整合回路（マッチング回路）１５とを備える。通信回路１２は、アンテナ１３から送信する電波を変調したり、或いはアンテナ１３で受信した電波を復調したりするものである。アンテナ１３は、ＨＦ帯の磁界アンテナであるため、図４に示すように、平面視において略円形状の通信エリアＥａを形成する。

電子キー２は、リーダライタ１０と近距離無線通信を行う、いわゆるＩＣタグである。電子キー２には、電子キー２の動作を管理する通信制御回路１７が設けられている。通信制御回路１７には、電子キー２のＩＤコードが登録されている。

通信制御回路１７には、近距離無線通信用のアンテナ１８が接続されている。アンテナ１８は、磁界アンテナの一種として例えばループアンテナが使用されている。アンテナ１８は、アンテナコイル１９と共振用のコンデンサ２０との並列共振回路からなる。電子キー２は、電磁誘導で発生した電圧を最大化するよう動作するため、並列共振をとる。アンテナ１８は、送受信アンテナであって、例えばＨＦ帯の電波を送受信する。

リーダライタ制御ＥＣＵ１１は、例えば車両１が駐車状態にあるときや、ユーザが乗車したとき、アンテナ１３から電子キー２の電源として駆動電波Ｓｖを断続的に送信する。電子キー２が駆動電波Ｓｖの通信エリアＥａ内に進入して駆動電波Ｓｖを受信すると、駆動電波Ｓｖを電源として起動して、ＩＤ信号Ｓidをアンテナ１８から送信する。ＩＤ信号Ｓidには、電子キー２のＩＤコードが含まれる。リーダライタ制御ＥＣＵ１１は、ＩＤ信号Ｓidをアンテナ１３で受信すると、ＩＤ信号Ｓid内のＩＤコードを照合ＥＣＵ８に転送する。照合ＥＣＵ８は、リーダライタ制御ＥＣＵ１１からＩＤコードを入力すると、ＩＤ照合を行い、ＩＤ照合が成立すれば、ドアロック施解錠やエンジン始動を許可又は実行する。

電子キーシステム３には、リーダライタ１０（アンテナ１３）の通信エリアＥａを電子キー２との距離（接近距離ｒと記す）に応じて設定する通信エリア設定装置２１が設けられている。本例の通信エリア設定装置２１は、接近距離ｒが小さくなると、リーダライタ１０の磁界送信強度を低く設定して、リーダライタ１０の通信エリアＥａ（図４参照）を小さいエリアに切り換えるものである。

この場合、アンテナコイル１４と整合回路１５との間には、共振回路の共振の鋭さ（Ｑ値）を低く抑えるダンプ抵抗（ダンピング抵抗）２２が接続されている。アンテナ１３は、アンテナコイル１４のＬと、整合回路１５のＣと、ダンプ抵抗２２のＲとのＲＬＣ共振回路からなる。ところで、Ｑ値は、共振周波数をｆ、アンテナコイル１４のインダクタンスをＬ、アンテナコイル１４及びダンプ抵抗２２の銅損をＲとすると、次式により算出される。
Ｑ＝（２πｆＬ）／Ｒ
よって、ダンプ抵抗２２を大きくすれば、Ｑ値を低く抑えられることが分かる。ところで、図２に示すように、Ｑ値が高いと、送信電波の変調波形がなまり、送信電波のビットを正確に判断できない可能性に繋がる。しかし、Ｑ値を低い値に抑えれば、送信帯域が広がり、結果、送信電波の変調波形が矩形波に近づくことになる。よって、正確なビット判定確保のために、アンテナ１３にダンプ抵抗２２を接続して、Ｑ値を低くするようにしている。

ダンプ抵抗２２は、リーダライタ１０に元から搭載されている部品であるが、本例の場合、これを可変式とする。可変式ダンプ抵抗２２は、共振回路の一要素になっているため、アンテナ１３の送信磁界強度、つまりリーダライタ１０の通信エリアＥａにも関係する要素となっている。よって、ダンプ抵抗２２を可変式として値を切り換えると、アンテナ１３に流れる電流（以降、アンテナ電流Ｉａと記す）が変化するため、リーダライタ１０の送信磁界も変化する。従って、リーダライタ１０の通信エリアＥａがダンプ抵抗２２の値に応じた範囲に設定される。なお、可変式ダンプ抵抗２２が可変式設定要素を構成する。また、ダンプ抵抗２２の抵抗値を必要以上に大きくすると、抵抗分でのロスが大きくなり、磁界強度が小さくなってしまう。さらに、ＩＣの出力インピーダンスとの整合条件との関係からも、ダンプ抵抗２２は単純に大きくすればよいものではなく、好適な目標値がある。

可変式ダンプ抵抗２２には、アンテナ電流Ｉａを検出するＨｉインピーダンス抵抗２３が並列接続されている。ところで、図３に示すように、接近距離ｒとアンテナ電流Ｉａとの間には、接近距離ｒが短くなるに連れてアンテナ電流Ｉａが低下する相関関係がある。これは、アンテナ１３の電力が電子キー２の接近によって電子キー２に伝送されるので、アンテナ１３が有する磁界エネルギーの源であるアンテナ電流Ｉａは減少するためである。言い換えるならば、アンテナ１３の磁界エネルギーが電子キー２に移動し、アンテナ１３の共振回路に逆方向の誘起電流が流れるため、磁界を損失する方向にエネルギーが作用するからである。Ｈｉインピーダンス抵抗２３は、ダンプ抵抗２２の端子間における誘起電圧Ｖｓ（図１参照）を検出することによって、アンテナ電流Ｉａを検出する。なお、Ｈｉインピーダンス抵抗２３が距離検出手段（アンテナ電流検出手段）を構成する。

図１に示すように、車両１には、リーダライタ１０の通信エリアＥａを設定するエリア設定回路２４が設けられている。エリア設定回路２４は、リーダライタ制御ＥＣＵ１１から独立した例えば１チップＩＣからなる。また、エリア設定回路２４はリーダライタ制御ＥＣＵ１１中に形成されてもよい。

エリア設定回路２４には、Ｈｉインピーダンス抵抗２３に流れるアンテナ電流Ｉａを基に、電子キー２との接近距離ｒを算出する接近距離算出部２５が設けられている。接近距離算出部２５は、Ｈｉインピーダンス抵抗２３により求まる誘起電圧Ｖｓを基に、電子キー２との接近距離ｒを算出する。

エリア設定回路２４には、接近距離算出部２５が算出した接近距離ｒを基に、リーダライタ１０の通信エリアＥａを設定するエリア設定部２６が設けられている。エリア設定部２６は、接近距離ｒを基に可変式ダンプ抵抗２２の値を調整することにより、アンテナ電流Ｉａの値を切り換えて、リーダライタ１０の送信磁界強度、つまりリーダライタ１０の通信エリアＥａを設定する。例えば、電子キー２が接近してきている際には、ダンプ抵抗２２を大きく設定してアンテナ電流Ｉａを制限することにより、通信エリアＥａを小さくする。一方、電子キー２が離間していっている際には、ダンプ抵抗２２を小さく設定してアンテナ電流Ｉａを開放することにより、通信エリアＥａを大きくする。なお、エリア設定部２６が設定手段に相当する。

さて、図４（ａ）に示すように、アンテナ１３の周辺に電子キー２が存在しない場合、エリア設定部２６は、可変式ダンプ抵抗２２を最小値に設定して、駆動電波Ｓｖの送信磁界強度を最大にする。これにより、通信エリアＥａが最大範囲に設定され、車両１の周囲において電子キー２の有無が探査される。このとき、接近距離算出部２５は、Ｈｉインピーダンス抵抗２３の誘起電圧Ｖｓからアンテナ電流Ｉａを監視することにより、電子キー２の接近検知を行う。なお、図４に示す例では、運転席及び助手席にそれぞれリーダライタ１０が搭載され、運転席及び助手席の各々に通信エリアＥａが形成される。

そして、図４（ｂ）に示すように、アンテナ１３の通信エリアＥａ内に電子キー２が進入したとする。このとき、同図に示すように、通信エリアＥａの横から電子キー２が急に進入すると、進入した時点で電子キー２は、強い送信強度の電波に晒されることになる。よって、遠くの電子キー２との通信確立を確保するために、アンテナ１３の送信強度を単に強く設定しただけでは、電子キー２に送信強度の強い電波がかかることになり、電子キー２の故障に繋がる。

ところで、電子キー２が通信エリアＥａに進入すると、アンテナ１３の磁界エネルギーが電子キー２に奪われてアンテナ電流Ｉａが低下するので、電子キー２の接近が分かる。よって、エリア設定部２６は、アンテナ電流Ｉａ（誘起電圧Ｖｓ）に応じた値に可変式ダンプ抵抗２２を大きくすることにより、電子キー２との接近距離ｒに応じた範囲に通信エリアＥａを狭める。従って、電子キー２に送信強度の強い電波がかかることはない。

ここで、近距離無線通信の規格には、通信において電子キー２にかかる電圧を一定値（例えば３Ｖ）に抑えなければならないＩＳＯ規格がある。本例の場合、電子キー２の接近検知においてアンテナ１３から駆動電波Ｓｖを強い送信強度で送信しているが、この状況下で電子キー２が駆動電波Ｓｖを受信しても、通信開始初期時はアンテナ１３から電子キー２までの距離が長いので、実際に電子キー２にかかる電圧は低い値に収まる。よって、電子キー２の接近検知のために駆動電波Ｓｖを強い磁界強度で送信しても、規格に抵触することはない。

なお、電波法で満たさなければならないリーダライタ１０の送信磁界強度は非常に高い値であるので、本例において通信距離を延ばすべくリーダライタ１０の送信磁界強度を高くするといっても、この電波法の範囲内に収まる値をとる。よって、本例の場合、電波法は問題なく準拠する。

以上により、本例においては、ダンプ抵抗２２にＨｉインピーダンス抵抗２３を並列接続し、Ｈｉインピーダンス抵抗２３の誘起電圧Ｖｓを基にアンテナ電流Ｉａを検出する。そして、アンテナ電流Ｉａに応じた値に可変式ダンプ抵抗２２を設定することにより、アンテナ１３の送信磁界を切り換えて、通信エリアＥａの範囲を設定する。よって、電子キー２がアンテナ１３に接近するのに伴い、アンテナ電流Ｉａが調整されて、アンテナ１３の通信エリアＥａが小エリアに設定される。

このため、最初はアンテナ１３の送信磁界を強く設定してリーダライタ１０の通信エリアＥａを広くとるので、リーダライタ１０から遠い位置にある電子キー２とでも通信を確立することが可能となる。また、アンテナ１３の送信磁界を強くして通信エリアＥａを広くとっても、電子キー２がリーダライタ１０に接近した際には、アンテナ１３の磁界が弱められるので、電子キー２の電子回路に過度な電圧がかかることがない。従って、近距離無線通信の通信距離確保と、電子キー２の回路破壊防止とを両立することが可能となる。

本実施形態の構成によれば、以下に記載の効果を得ることができる。
（１）Ｈｉインピーダンス抵抗２３によってアンテナ電流Ｉａを監視することで電子キー２の接近を検知し、電子キー２の接近に伴って可変式ダンプ抵抗２２を調整することにより、アンテナ１３の送信磁界強度を弱めて、リーダライタ１０の送信エリアを小さくする。よって、最初はリーダライタ１０から遠い位置にある電子キー２とも通信ができ、仮に通信エリアＥａの横から電子キー２が急に入り込んでも、アンテナ１３の送信磁界強度が弱められるで、電子キー２に高い電圧の磁界が加わらず、電子キー２の電子回路を破損から保護することもできる。よって、リーダライタ１０及び電子キー２間の通信距離確保と電子キー２の電子回路保護とを両立することができる。

（２）リーダライタ１０にＨｉインピーダンス抵抗２３を設け、電子キー２の接近を、Ｈｉインピーダンス抵抗２３から求まるアンテナ電流Ｉａによって検出する。よって、リーダライタ１０のアンテナ１３にＨｉインピーダンス抵抗２３を搭載するという簡素な構成によって、電子キー２の接近を検出することができる。

（３）ダンプ抵抗２２を可変式とし、可変式ダンプ抵抗２２の値を調整することにより、アンテナ１３の送信磁界強度を設定する。よって、アンテナ１３の共振回路のＱ値を低くするためにアンテナ１３に元から備えられていたダンプ抵抗２２を、可変式のものに置き換えるだけで済む。よって、本例の通信エリア設定装置２１を採用するにあたって、大幅な回路変更が生じない。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態を図５〜図７に従って説明する。なお、第２実施形態は、電子キー２の接近検知方法を第１実施形態とは異なるものとし、他の基本的な部分は同じである。よって、同一部分には同一符号を付して詳しい説明を省略し、異なる箇所についてのみ説明する。

通信回路１２から見たＲＦ回路（アンテナ回路）のインピーダンスは、一般的に通信回路１２の出力インピーダンスに対して高めに設定されている。これは、リーダライタ１０のアンテナ１３（アンテナコイル１４）が純粋なコイル（インダクタンス）であるため、アンテナ１３の抵抗を上げて、共振回路のＱ値をダンプしなければならないからである。これにより、通信帯域が広がり、無線通信が可能となる。ここで、ＲＦ回路とは、通信回路１２より先のアンテナ方向の回路群のことを言う。また、通信回路１２から見たＲＦ回路のインピーダンスとは、アンテナコイル１４、整合回路１５、ダンプ抵抗２２等から決まるインピーダンスのことである。

ここで、Ｑ値をダンプするために、例えば仮に共振回路に単純に抵抗を入れたとすると、抵抗によってエネルギーが消費されてしまうので、エネルギー効率がよくない。よって、整合回路１５のキャパシタンスＣを調整して、ＲＦ回路のインピーダンスを見た目に大きくすることにより、Ｑ値がダンプされている。このような前提があるため、通信回路１２の出力インピーダンスと、通信回路１２から見たＲＦ回路のインピーダンス（図６に示すプロット点のＺ）とには、所定の差がある。

図６に示すように、通信回路１２から見たＲＦ回路のインピーダンスは、電子キー２との接近距離ｒが短くなるに連れて、値が小さくなる関係をとる現状がある。これは、アンテナ１３と電子キー２とが大きく離れているときには、アンテナ１３より先がオープンな回路（接近距離ｒが∞）をとるのに対し、アンテナ１３に電子キー２が接近すると、通信回路１２が電子キー２と結合することにより、１つのインピーダンスとなった回路をとるためである。

よって、本例では、通信回路１２から見たＲＦ回路のインピーダンス変化から電子キー２の接近距離ｒを検出する。この場合、図５に示すように、エリア設定回路２４には、通信回路１２から見たＲＦ回路（アンテナ回路）のインピーダンスＺを検出するインピーダンス検出部３１が設けられている。インピーダンス検出部３１は、検出したインピーダンスＺの値を、接近距離算出部２５に出力する。そして、接近距離算出部２５は、インピーダンス検出部３１から入力した検出値を基に、電子キー２の接近距離ｒを算出する。なお、インピーダンス検出部３１が距離検出手段（インピーダンス検出手段）に相当する。

さて、図６に示すスミスチャートは、周波数を掃引して測定したインピーダンスがプロットされたチャートとなっている。ところで、図７（ａ）に示すように、インピーダンスは複素数Ｒ＋ｊＸで表される。等抵抗線Ｌａは、周波数によってリアクタンスが変わるが、抵抗が一定の軌跡である。一方、等リアクタンス線Ｌｂは、抵抗が変わるが、リアクタンスが一定の軌跡である。なお、抵抗は正の値であるため、Ｘ軸の正方向のみ軌跡が現われる。

そして、図７（ｂ）に示すように、Ｙ軸を円にするとともに、Ｘ軸の＋∞とＹ軸の±∞とを繋げたものが、スミスチャートである。スミスチャートを円形とすると、インピーダンスと反射係数とが一対一で対応するため、値の比較が分かり易くなる。なお、スミスチャートでは、等抵抗線Ｌａが等抵抗円Ｌ１となり、等リアクタンス線Ｌｂが等リアクタンス円Ｌ２となる。

図６のスミスチャートには、周波数が12〜15ＭＨｚのインピーダンス軌跡３２がプロットされている。このうち、インピーダンス軌跡３２上のＺが、周波数が13.56ＭＨｚの搬送波の点、つまり通信回路１２から見たＲＦ回路のインピーダンスＺである。よって、同図からも分かるように、電子キー２がｒ３→ｒ２→ｒ１とリーダライタ１０に接近するに連れて、Ｚの値が小さくなる。つまり、リーダライタ制御ＥＣＵ１１側に移動するので、このＺの動きによって電子キー２の接近距離ｒを算出する。

そして、エリア設定部２６は、通信回路１２から見たＲＦ回路のインピーダンスＺが高い値をとれば、可変式ダンプ抵抗２２を低い値に設定し、アンテナ電流Ｉａを増加させる。つまり、アンテナ１３の送信磁界が強められる。一方、エリア設定部２６は、通信回路１２から見たＲＦ回路のインピーダンスＺが低い値をとれば、可変式ダンプ抵抗２２を高い値に設定し、アンテナ電流Ｉａを減少させる。つまり、アンテナ１３の送信磁界が弱められる。

本実施形態の構成によれば、第１実施形態に記載の（１），（３）に加え、以下の効果を得ることができる。
（４）通信回路１２から見たＲＦ回路のインピーダンスＺを基に接近距離ｒを検出するので、第１実施形態の場合に必要であったＨｉインピーダンス抵抗２３が不要となる。よって、抵抗を別途設ける必要なく、接近距離ｒを検出することができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態を図８及び図９に従って説明する。なお、第３実施形態も、電子キー２の接近検知方法を変更したのみであるので、変更した箇所のみ詳述する。

図８に示すように、リーダライタ制御ＥＣＵ１１と通信回路１２との間には、リーダライタ制御ＥＣＵ１１から出力される電流（以降、通信回路消費電流Ｉｂと記す）を検出する電流検出部４１が接続されている。電流検出部４１は、いわゆる電流計であって、検出値を接近距離算出部２５に出力する。通信回路消費電流Ｉｂは、非通信時において固定電流を消費するため、リーダライタ制御ＥＣＵ１１から供給される電流変化分でもよい。接近距離算出部２５は、電流検出部４１から入力した通信回路消費電流Ｉｂを基に、電子キー２との接近距離ｒを算出する。なお、電流検出部４１が距離検出手段（消費電流検出手段）を構成する。

ところで、図９に示すように、電子キー２との接近距離ｒと通信回路消費電流Ｉｂとの間には、接近距離ｒが短くなるに連れて増加する相関関係がある。これは、第２実施形態で述べたように、電子キー２がアンテナ１３に接近すると、通信回路１２から見たＲＦ回路のインピーダンスＺが低下するため、リーダライタ制御ＥＣＵ１１の低インピーダンスと整合するからである。このように、２者のインピーダンスが近くなると、反射が減少する現象が生じ、結果として通信回路消費電流Ｉｂが増加する。

よって、エリア設定部２６は、通信回路消費電流Ｉｂが低ければ、可変式ダンプ抵抗２２を低い値に設定し、アンテナ電流Ｉａを増加させる。つまり、アンテナ１３の送信磁界が強められる。一方、エリア設定部２６は、通信回路消費電流Ｉｂが高ければ、可変式ダンプ抵抗２２を高い値に設定し、アンテナ電流Ｉａを減少させる。つまり、アンテナ１３の送信磁界が弱められる。

本実施形態の構成によれば、第１実施形態に記載の（１），（３）に加え、以下の効果を得ることができる。
（５）リーダライタ制御ＥＣＵ１１から流れ出る通信回路消費電流Ｉｂを基に接近距離ｒを検出するので、リーダライタ制御ＥＣＵ１１から出力される電流を単に見るという簡素な構成によって接近距離ｒを検出することができる。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態を図１０〜図１１に従って説明する。なお、第４実施形態は、アンテナ１３の送信磁界強度の切り換えをアンプにより行う点を変更しており、この変更箇所のみ詳述する。

図１０に示すように、通信回路１２と整合回路１５との間には、利得可変式のアンプ３５が接続されている。本例の場合は、可変式のダンプ抵抗２２を調整することでアンテナ１３の送信磁界強度を切り換えるのではなく、ダンプ抵抗２２は固定値とし、アンプ３５の利得を調整することによって、アンテナ１３の送信磁界強度を変更する。アンプ３５の利得は、エリア設定部２６により設定される。なお、アンプ３５が可変式設定要素を構成する。

ところで、可変式ダンプ抵抗２２の抵抗値を大きくしてアンテナ１３の送信磁界強度を低くした場合、可変式ダンプ抵抗２２の抵抗値を大きくすると、その分だけ、通信回路１２から見たＲＦ回路のインピーダンス（以降、ＲＦ回路インピーダンスと記す）が大きく低下してしまう傾向がある。こうなると、ＲＦ回路インピーダンスと、通信回路１２の出力インピーダンス（以降、ＩＣ回路インピーダンスと記す）とが近づき、インピーダンスがマッチングしてしまう。

また、ＲＦ回路インピーダンスがＩＣ回路インピーダンスに近づいた場合、アンテナ電流Ｉａが流れ易くなる特性があるため、可変式ダンプ抵抗２２の抵抗値を上げてアンテナ電流Ｉａを流さないようにしても、ＲＦ回路インピーダンスの低下によりアンテナ電流Ｉａが増加する方向に作用し、消費電流が増加する問題に繋がる。よって、可変式ダンプ抵抗２２にてアンテナ１３の送信磁界強度を変化させる場合は、インピーダンス変化を加味すると、調整範囲に制限が生じ、アンテナ１３の送信磁界強度を劇的に切り換えるには不向きである。

一方、アンプ３５には、アンプ３５の利得を切り換えることにより、ＲＦ回路インピーダンスに過大な変化を伴わせずにアンテナ電流Ｉａを変更できる利点がある。よって、本例のようにアンプ３５の利得によってアンテナ１３の送信磁界強度を変更するようにすれば、消費電流の増加を伴わずにアンテナ１３の送信磁界強度を変えることが可能となるので、アンテナ電流Ｉａの調整範囲も広くとれ、送信磁界強度を劇的に切り換えることが可能となる。

図１１のグラフに、あるアンテナを使用した場合のリーダライタ１０の出力と通信距離との関係の一例を示す。図内の菱形点を繋いだ曲線Ｋａが一般的なリーダライタ１０の波形である。電子キー２の通信距離は、図１１の曲線と電子キー２の動作保証下限との交点で決まり、同図から分かるように、一般的なリーダライタ１０の通信距離は約6.4cmと短い。但し、同図には動作保証上限や非破壊保証上限もあり、リーダライタ１０の出力を上げるにしても、電子キー２の誘起電圧がこれら上限を超えないようにしなければならない。

そこで、本例の場合、電子キー２の接近を待機する通常時、エリア設定部２６はアンプ３５の利得を上げておき、アンテナ１３の送信磁界強度を強めにしておく。このとき、リーダライタ１０の出力と通信距離との関係性は、図１１の丸点を繋ぐ曲線Ｋｂをとり、約12cmの通信距離をとることが可能である。よって、電子キー２が遠くに位置していても、リーダライタ１０は電子キー２を捕獲することが可能である。

そして、電子キー２の接近を検知したとき、エリア設定部２６はアンプ３５の利得を下げ、アンテナ１３の送信磁界強度を弱めていく。これにより、図１１に示すように、リーダライタ１０の出力と通信距離との関係性は、同図の三角点を繋ぐ曲線Ｋｃから、四角点を繋ぐ曲線Ｋｄと徐々に変化していく。よって、アンテナ１３の送信磁界強度が徐々に小さく変化するので、最初はリーダライタ１０の通信エリアＥａを広くとっておいても、電子キー２に過度の電圧をかけずに通信を成立させることが可能となる。

本実施形態の構成によれば、前記実施形態に記載の（１）〜（５）に加え、以下の効果を得ることができる。
（６）アンプ３５の利得を切り換えることによりアンテナ１３の送信磁界強度を設定するので、ＲＦ回路インピーダンスの変化を抑えながらアンテナ１３の送信磁界強度を変更することができる。よって、アンテナ１３の送信磁界強度の調整が消費電流の増減に寄与して調整の逆方向に働くことがなくなるので、アンテナ１３の送信磁界強度を、より大きな範囲で劇的に切り換えることができる。

（第５実施形態）
次に、第５実施形態を図１２及び図１３に従って説明する。なお、第５実施形態は、アンテナ１３の送信磁界強度の切り換えを、ダンプ抵抗及び整合回路をセットで制御することにより行う点を変更しており、この変更箇所のみ説明する。

ところで、第４実施形態でも述べたように、アンテナ１３の送信磁界強度を低下させるために可変式ダンプ抵抗２２の抵抗値を上げると、これに伴ってＲＦ回路インピーダンスが低下し、消費電流が増加してしまう現状がある。そこで、本例の場合は、可変式ダンプ抵抗２２のインピーダンス変化分を、整合回路１５のコンデンサＣ１，Ｃ２を調整することにより補完する。なお、コンデンサＣ１，Ｃ２が可変式設定要素及び静電容量成分を構成する。

図１２に示すように、本例のエリア設定部２６は、可変式ダンプ抵抗２２のみならず、整合回路１５のＣ成分も制御することにより、アンテナ１３の送信磁界強度を切り換える。このため、本例の整合回路１５のコンデンサＣ１，Ｃ２は、例えばバリキャップダイオードやバラクタダイオード等の可変容量コンデンサが使用されている。そして、エリア設定部２６は、可変式ダンプ抵抗２２及びコンデンサＣ１，Ｃ２を調整することにより、アンテナ電流Ｉａの値を変化させ、アンテナ１３の送信強度磁界を切り換える。

ここでは、可変ダンプ抵抗２２を大きくすることで下がったインピーダンスの分、コンデンサＣ１（直列コンデンサ）を大きくして、スミスチャートの軌跡３２の円を大きくし、インピーダンスを上げる。しかし、このときは、同時に13.56ＭＨｚの点のインピーダンスが容量性、つまりスミスチャートの下半分に移動するので、コンデンサＣ２（並列コンデンサ）を小さくすることにより、Ｘ＝０となるように調整する。即ち、スミスチャートの軌跡３２の13.56ＭＨｚの点を、抵抗軸上に位置させる。

また、可変式ダンプ抵抗２２及びコンデンサＣ１，Ｃ２の値の組合せは、実験等で得たデータの相関から、予め組合せが設定されている。そして、エリア設定部２６は、この組合せに基づき、可変式ダンプ抵抗２２及びコンデンサＣ１，Ｃ２を段階的に切り換える。つまり、可変式ダンプ抵抗２２は、例えば１Ω、２Ω、…というように段階的に切り換えられ、コンデンサＣ１，Ｃ２も、その時々の可変式ダンプ抵抗２２に応じた値に適宜設定される。

図１３（ａ）〜（ｃ）に、あるアンテナを仮定したときのＲＦ回路インピーダンスの変化と出力（電子キー２の誘起電圧）の変化との関係を示す。まず、図１３（ａ）に示すように、可変式ダンプ抵抗２２が０Ωで、かつ整合回路１５のコンデンサＣ１，Ｃ２も制御しない場合、リーダライタ１０に電子キー２が例えば約３cmに接近したとき、電子キー２の誘起電圧は例えば27Ｖにもなり、図１１のグラフで示す非破壊保証範囲外になってしまう。

そこで、図１３（ｂ）に示すように、リーダライタ１０の可変式ダンプ抵抗２２を増加させる（例えば＋２Ω）と、電子キー２の誘起電圧が23Ｖに抑えられ、非破壊保証範囲内に抑えられる。しかし、同図のスミスチャートを見ても分かるように、ＲＦ回路インピーダンスが大きく低下するので、消費電流が増加してしまう問題が発生する。

図１３（ｃ）は、リーダライタ１０の可変式ダンプ抵抗２２を増加させた図１３（ｂ）の状態に、さらに整合回路１５のコンデンサＣ１，Ｃ２も制御する本例のスミスチャートである。この場合は、電子キー２の誘起電圧を16Ｖという低い値に抑えることが可能となる。また、同図からも分かるように、ＲＦ回路インピーダンスの低下も抑制されるため、消費電流も低減することが可能である。よって、同図からも、消費電流の増加を抑制しつつ、アンテナ１３の送信磁界強度を切り換えることができることが分かる。

本実施形態の構成によれば、前記実施形態に記載の（１）〜（５）に加え、以下の効果を得ることができる。
（７）可変式ダンプ抵抗２２とコンデンサＣ１，Ｃ２とをセットにして値を制御することにより、アンテナ１３の送信磁界強度を切り換えるので、消費電流の増加を抑制しながら、アンテナ１３の送信磁界強度を切り換えることができる。

なお、実施形態はこれまでに述べた構成に限らず、以下の態様に変更してもよい。
・第１実施形態において、図１４に示すように、アンテナ１３の共振回路と並列にＨｉインピーダンス抵抗２３を接続し、このＨｉインピーダンス抵抗２３の誘起電圧Ｖｓによって、アンテナ電流Ｉａを検出してもよい。

・第１実施形態において、図１５に示すように、ダンプ抵抗２２を固定値の抵抗とし、アンテナ電流Ｉａを調整可能なシャント抵抗５１をアンテナ１３の共振回路に並列接続し、シャント抵抗５１の値を調整することで、アンテナ１３の送信強度を変更してもよい。

・第１〜第５実施形態において、距離検出手段は、リーダライタ１０に別途設けた近接センサでもよい。
・第１実施形態において、アンテナ電流Ｉａの検出は、ダンプ抵抗２２の端子間電圧を見る方式に限定されない。例えば、共振回路に電流計を設け、電流計の値から直にアンテナ電流Ｉａを検出してもよい。

・第１〜第５実施形態において、電子キー２は、例えばＩＣカードのようなものも広義として含む。
・第１〜第５実施形態において、電子キーシステム３は、ポーリング式及びトリガ式のどちらを採用してもよい。なお、ポーリング式とは、駆動電波Ｓｖを常時発信して電子キー２の有無を探査するものである。また、トリガ式とは、例えば車外ドアハンドルがタッチ操作されるなどの所定操作をトリガとして駆動電波Ｓｖの送信を開始するものである。

・第１〜第５実施形態において、近距離無線通信は、電波として磁界を用いるものであれば、どのような通信形式を採用してもよい。
・第１〜第５実施形態において、近距離無線通信の周波数は、ＨＦに限らず、例えばＬＦ（Low Frequency）やＵＨＦ（Ultra High Frequency）等の他の帯域を採用してもよい。

・第１〜第５施形態において、可変式設定要素は、ダンプ抵抗２２やシャント抵抗５１に限らず、他の素子が使用可能である。
・第１〜第５実施形態において、通信エリアの変更とは、単に範囲の変更に限らず、アンテナ１３の指向性としてもよい。

・第１〜第５実施形態において、車両１には、ＮＦＣの電子キーシステム３の他に、キー操作フリーシステムやワイヤレスキーシステムが併設されていてもよい。なお、キー操作フリーシステムは、ＮＦＣよりも通信領域が広い、例えば周波数としてＬＦやＵＨＦを使用したシステムである。また、ワイヤレスキーシステムは、電子キー２からの通信をトリガとして照合を行うシステムである。

・第１〜第５実施形態において、通信エリア設定装置２１は、車両１に使用されることに限らず、他の機器や装置に応用してもよい。

２…通信端末としての電子キー、１０…通信マスタとしてのリーダライタ、１２…通信回路、１３…アンテナ、１５…整合回路、２１…通信エリア設定装置、２２…可変式設定要素を構成する可変式ダンプ抵抗、２３…距離検出手段（アンテナ電流検出手段）を構成するＨｉインピーダンス抵抗、２６…エリア設定手段としてのエリア設定部、３１…距離検出手段（インピーダンス検出手段）を構成するインピーダンス検出部、３５…可変式設定要素を構成するアンプ、４１…距離検出手段（消費電流検出手段）を構成する電流検出部、５１…可変式設定要素を構成するシャント抵抗、Ｉａ…アンテナ電流、Ｉｂ…通信回路消費電流、ｒ…接近距離、Ｅａ…通信エリア、Ｚ…インピーダンス、Ｃ１，Ｃ２…可変式設定要素及び静電容量成分を構成するコンデンサ。

Claims (8)

1. 通信マスタとその通信端末とが磁界を電波とする近距離無線通信を介して通信する通信エリア設定装置において、
   前記通信マスタへの前記通信端末の接近距離を検出する距離検出手段と、
   前記通信マスタのアンテナの送信磁界強度を決める一要素である可変式設定要素と、
   前記距離検出手段の検出値を基に前記可変式設定要素の値を設定することにより、前記送信磁界強度を前記接近距離に応じた値に切り換えて、前記通信マスタの通信エリアを設定するエリア設定手段と
   を備えたことを特徴とする通信エリア設定装置。
2. 前記エリア設定手段は、前記通信端末が前記通信マスタに近づくに従い、前記送信磁界強度を小さくする
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信エリア設定装置。
3. 前記距離検出手段は、前記アンテナに流れる電流を基に、前記接近距離を検出するアンテナ電流検出手段である
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の通信エリア設定装置。
4. 前記距離検出手段は、前記通信マスタにおける通信回路のインピーダンス変化を基に、前記接近距離を検出するインピーダンス検出手段である
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の通信エリア設定装置。
5. 前記距離検出手段は、前記通信マスタの制御回路から流れ出る電流を基に、前記接近距離を検出する消費電流検出手段である
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の通信エリア設定装置。
6. 前記可変式設定要素は、可変式のダンプ抵抗である
   ことを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか一項に記載の通信エリア設定装置。
7. 前記可変式設定要素は、アンプであって、前記エリア設定手段は、前記アンプの利得を切り換えることにより、前記通信エリアを設定する
   ことを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか一項に記載の通信エリア設定装置。
8. 前記可変式設定要素は、可変式のダンプ抵抗と、整合回路の静電容量成分とを備え、前記エリア設定は、前記可変式のダンプ抵抗及び前記静電容量成分を切り換えることより、前記通信エリアを設定する
   ことを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか一項に記載の通信エリア設定装置。

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