JP2015099582A

JP2015099582A - ワイヤレス通信モジュール、及びそれを使用する携帯式電子装置

Info

Publication number: JP2015099582A
Application number: JP2014135695A
Authority: JP
Inventors: 馥蓉陳; Fu Jung Chen; 合全許; Ho Chuan Hsu
Original assignee: Taiwan Name Plate Co Ltd
Current assignee: Taiwan Name Plate Co Ltd
Priority date: 2013-11-19
Filing date: 2014-07-01
Publication date: 2015-05-28
Also published as: CN104657770A; US20150140927A1; KR20150057947A; TWM484153U; KR101525100B1; TW201521372A

Abstract

【課題】ワイヤレス通信モジュールを提供する。【解決手段】アンテナユニットと、チップユニットと、カップリングユニットと、第１マッチングユニットと、第２マッチングユニットを備えるワイヤレス通信モジュールであって、アンテナユニットは、信号とエネルギーを受信または送信するものであり、チップユニットは、アンテナユニットからの信号を保存して処理し、並びにアンテナユニットからのエネルギーを受信するものであり、カップリングユニットは、第１カップリング端部と第２カップリング端部を備え、前記アンテナユニットと前記チップユニットは前記カップリングユニットを介して信号とエネルギーを伝送し、第１カップリング端部と第２カップリング端部は電磁誘導、磁界共鳴、光電センシング方式などで信号やエネルギーを互いに伝送し、又、第１カップリング端部と第２カップリング端部の間に実体の電気的連結が必要としない。【選択図】図３

Description

本発明は、ワイヤレス通信モジュールに関するものであり、特に、無線方式により結合するワイヤレス通信モジュールに関するものである。また、前記ワイヤレス通信モジュールを使用する携帯式電子装置に関するものでもある。

無線周波数識別（radio frequency identification, RFID）に係わる技術は、無線電波周波数を有する電磁波によりターゲットの無線電波を識別する技術である。RFID技術は、通常、リーダとタグを備えており、リーダとタグは、所定の周波数の電磁波で信号を伝送する。一般に使用される場合、先ずはリーダより電磁波信号を発信して、タグが前記電磁波信号を受信した後、同じ周波数の電磁波で、前記タグ自身の情報を含む信号をリーダに送り返す。そのため、検知された前記タグは特定タグか否かについては、リーダが受信したメッセージにより判定することができる。また、RFIDは、リーダにより送信された電磁波信号からエネルギーを受けることもできる。

現在、RFID技術は既に普及しており、例えば、乗車カード、電子マネーやビルセキュリティ装置などに広く応用されている。そして、利便性のために、RFIDを、例えば、スマートフォン、スマートウォッチなどの携帯式装置に組み込む傾向がある。携帯式装置に組み込むと、ユーザーがRFID装置を持ち忘れる可能性を減らすと共に、使用の利便性を改善することができる。

しかし、現時点で多く見られる整合方法は、アンテナユニットとチップユニットを、実体で電気的に連結させることである。かかる方法では、RFIDを携帯式装置に組み込むに伴って、RFIDにおいて信号やエネルギーを送受信するアンテナユニットの構造サイズを制限してしまう。アンテナユニットの構造サイズは直接に信号とエネルギーの有効距離とパワー消耗に関係しているので、小さいサイズ又は制限されたアンテナユニット構造では、信号伝送距離が極わめて短いため利用し難いと共に、有効に信号を伝送するために、更なるエネルギーを付加する必要があるので、携帯式装置でのエネルギー使用効率がさらに悪くなる。

チップユニットの設置エリア以外の箇所にアンテナユニットを配置する場合、一般的には実体の電気的連結方式を採用している。この際、もし携帯式電子装置のチップユニットの設置エリアとアンテナユニットの設置エリアの両者を互いに可動または分離可能に設けた場合、実体の電気的連結では、両者の運動を妨害する上、使用上の不便をもたらす。

上記従来技術の問題を踏まえ、本発明の目的は、ワイヤレス通信モジュールを提供し、これを以て、例えば、RFID技術と携帯式電子装置に組み込む際に、アンテナユニット構造寸法が制限されるなどの無線伝送の問題を解決することである。

本発明の一つ目的は、ワイヤレス通信モジュールを提供することである。本発明のワイヤレス通信モジュールは、アンテナユニットと、チップユニットと、カップリングユニットと、第１マッチングユニットと、第２マッチングユニットを有する。その中、アンテナユニットは、信号とエネルギーを受信または送信するものであり、チップユニットは、アンテナユニットからの信号を保存して処理し、並びにアンテナユニットからのエネルギーを受信するものであり、カップリングユニットは、第１カップリング端部と第２カップリング端部を有し、前記アンテナユニットと前記チップユニットはカップリングユニットを通して信号とエネルギーを伝送し、第１カップリング端部と第２カップリング端部は電磁誘導、磁界共鳴、光電センシング方式などで信号やエネルギーを互いに伝送し、さらに、第１カップリング端部と第２カップリング端部の間に実体の電気的連結が必要なく、第１マッチングユニットは、アンテナユニットと第１カップリング端部の間に電気的に連結することにより、アンテナユニットと第１カップリング端部との間にインピーダンスマッチングを形成しており、第２マッチングユニットは、チップユニットと第２カップリングユニットとの間に電気的に連結することにより、チップユニットと第２カップリング端部との間にインピーダンスマッチングを形成する。

その中、第１カップリングユニットと第２カップリングユニットは、電磁誘導、または磁界共鳴方式により信号やエネルギーを互いに伝送することができる。

また、第１カップリングユニットと第２カップリングユニットは、金属配線方式、磁気コアを備えた金属配線、導体印刷方法、またはエッチング方式により形成することができる。

また、第１カップリング端部と第２カップリング端部は金属配線方式で形成することができ、金属配線方式において、エネルギー消耗を下げるために、コイルの中に巻かれて、は磁力線を封じる磁気コアを備えることができる。

なお、チップユニットはRFIDタグチップであってもよい。カップリングユニットとアンテナユニットは、RFIDタグチップに対応する周波数範囲に動作され、アンテナユニットは、RFIDタグチップに対応するRFIDリーダと信号やエネルギーを交換することができる。

ワイヤレス通信モジュールは、さらに制御ユニットと提示ユニットを有してもよい。制御ユニットはチップユニットと電気的に連結することにより、チップユニットからの信号を送受信する。提示ユニットは制御ユニットと電気的に連結することにより、制御ユニットからの信号を受信すると共に、制御ユニットからの信号に基づいて提示メッセージを生成する。

本発明のもう一つの目的は、信号やエネルギーを送受信するアンテナユニットと、アンテナユニットからの信号を保存して処理すると共に、アンテナユニットからのエネルギーを受信する近距離無線通信コントローラと、近距離無線通信コントローラと電気的に連結して通信セキュリティプロトコルに合致する通信機能を実現するセキュリティユニットと、第１カップリング端部と第２カップリング端部を備えるカップリングユニットと、アンテナユニットと近距離無線通信コントローラはカップリングユニットを通じて信号やエネルギーを伝送し、第１カップリング端部と第２カップリング端部は電磁誘導、磁界共鳴または光電センシング方式によって信号やエネルギーを互いに伝送し、第１カップリング端部と第２カップリング端部の間には、実体の電気的連結の必要がなく、電気的にアンテナユニットと第１カップリング端部との間に連結することにより、アンテナユニットと第１カップリング端部との間にインピーダンスマッチングを形成する第１マッチングユニットと、前記近距離無線通信コントローラと前記第２カップリング端部との間に電気的に連結することにより、前記近距離無線通信コントローラと前記第２カップリングとの間にインピーダンスマッチングを形成する第２マッチングユニットと、近距離無線通信コントローラとセキュリティユニットとの間に電気的に連結することにより、近距離無線通信コントローラとセキュリティユニットからの信号を受信、処理及び送信する制御ユニットと、制御ユニットと電気的に連結することにより、制御ユニットからの信号を受信し、かつ制御ユニットからの信号に基づいてメッセージを生成する提示ユニットを有するワイヤレスモジュールを提供することである。

ワイヤレス通信モジュールは、カードシミュレーションモード(card emulation mode)、ピアツーピアーモード(peer to peer mode) 、又は読み書きモード(read/write mode)を実行できることが好ましい。

本発明のもう一つ目的は、携帯式装置を提供する。携帯式電子装置は、前記ワイヤレス通信モジュールを有するものである。

上記説明したとおり、本発明に係る無線方式により結合するワイヤレス通信モジュールは、少なくとも、以下に示す１つまたは複数の長所を有する。

（１）このワイヤレス通信モジュールは、非実体的に連結するカップリングユニットにより、アンテナユニット構造部分とチップユニット部分を分離することができるので、アンテナユニットのサイズがチップユニット構造に制限されなくなる。

（２）このワイヤレス通信モジュールは、非実体的に連結するカップリングユニットにより、アンテナユニット構造部分とチップユニット部分を分離することができるので、アンテナユニット構造とチップユニット部分の周辺電子デバイスと互いに干渉し合うことを避けることができる。

（３）このワイヤレス通信モジュールは、電磁誘導方式でカップリング端部の間の伝送信号をセンシングすることができるので、直接コンタクト方式でのアンテナユニット構造とチップユニットとの接点が酸化、脱落、又は汚れたりすることにより信号伝送機能が低下または喪失することを防ぐことができる。

（４）このワイヤレス通信モジュールは、金属配線の磁気コア方式によりカップリング端部を形成し、電磁誘導方式で信号を伝送することができるので、磁力線を集中できると共に、磁力線の漏れによるエネルギー損失を下げることができる。

（５）このワイヤレス通信モジュールにより、SWP（シングルワイヤ・プロトコル）の規格に基づいてチップユニットとセキュリティユニットに連結し、UICC (Universal Integrated Circuit Card) 方式によってセキュリティユニットをパッケージングし、これによって、このワイヤレス通信モジュールのチップの互換性をさらに向上し、全体のサイズもより小さくすることができる。

上記を踏まえ、本発明の前記ワイヤレス通信モジュールを有する携帯式電子装置は、前記ワイヤレス通信モジュールに係わる長所の少なくともいずれかを有する。

本発明のワイヤレス通信モジュールの第１実施例のシステムを示すブロック図である。本発明のワイヤレス通信モジュールの第２実施例のシステムを示すブロック図である。本発明のワイヤレス通信モジュールの第３実施例のシステムを示すブロック図である。本発明のワイヤレス通信モジュールの第４実施例のシステムを示すブロック図である。本発明の図２のワイヤレス通信モジュールを備える携帯式電子装置である第５実施例のスマートウォッチを示す透視図である。図５のスマートウォッチにおいて時計ケースと時計本体とが分離した状態を示す透視図である。

本発明をより完全に理解するために、本発明の技術特徴及びそれが達成できる作用効果については、好適な実施例を特に挙げて、添付図面を参照しながら後述にて詳細に説明する。ここで使用される図面は、説明や明細書を補助するためのものであるので、本発明を実施した実際の比例や精密な配置とは限らない。そのため、添付の図示の比例や配置関係を以て、本発明の実施上の権利範囲を制限してはならないことを先に説明しておく。

以下、関連図示を参照しながら、本発明のワイヤレス通信モジュールの実施例を説明する。理解しやすくするように、下記実施例において、同じ部品を同じ符号を付けて説明する。

先ずは図１を参照する。図１は本発明のワイヤレス通信モジュールの第１実施例のシステムを示すブロック図である。ワイヤレス通信モジュール１００は、アンテナユニット１１０と、チップユニット１２０と、カップリングユニット１３０と、第１マッチングユニット１４０と、第２マッチングユニット１５０を有する。アンテナユニット１１０は、信号とエネルギーを受信または送信するものであり、チップユニット１２０は、アンテナユニット１１０からの信号を保存して処理すると共に、アンテナユニット１１０からのエネルギーを受信するものであり、カップリングユニット１３０は、第１カップリング端部１３１と第２カップリング端部１３２を備え、前記アンテナユニット１１０と前記チップユニット１２０はカップリングユニット１３０を通して信号とエネルギーを伝送し、第１カップリング端部１３１と第２カップリング端部１３２は電磁誘導、磁界共鳴、光電センシング方式などで信号やエネルギーを互いに伝送し、又、第１カップリング端部１３１と第２カップリング端部１３２の間に実体の電気的連結が必要なく、第１マッチングユニット１４０は、アンテナユニット１１０と前記第１カップリング端部１３１の間を電気的に連結することにより、アンテナユニット１１０と前記第１カップリング端部１３１との間にインピーダンスマッチングを形成し、第２マッチングユニット１５０は、チップユニット１２０と第２マッチングユニット１５０との間を電気的に連結することにより、チップユニット１２０と第２カップリング端部１３２との間にインピーダンスマッチングを形成する。

具体的に言えば、ワイヤレス通信モジュール１００は一つの無線伝送構造に形成され、例えばRFID構造に形成される。しかし、その構造において、カップリングユニット１３０での信号やエネルギーの伝送は、実体の電気的連結方式により実現されるわけではない。第１カップリング端部１３１と第２カップリング端部１３２の間には電磁誘導、磁界共鳴、光電センシングの方式により信号やエネルギーの伝送を実現している。電磁誘導方式は通常のトランスのように、第１カップリング端部１３１と第２カップリング端部１３２はそれぞれインダクタを備え、信号が第１カップリング端部１３１に達する際に、前記信号の電流が第１カップリング端部１３１のインダクタに流れ、これにより、対応の第２カップリング端部１３２のインダクタが前記信号のメッセージを持つ誘導電流を生成してから、その誘導電流がチップユニット１２０に流れ、前記信号のメッセージをチップユニット１２０に伝える。なお、逆の場合も同様である。磁界共鳴方式は電磁誘導方式に類似しているが、第１カップリング端部１３１と第２カップリング端部１３２はそれぞれインダクタとコンデンサを備え、第１カップリング端部１３１と第２カップリング端部１３２のインダクタとコンデンサにはデフォルトパラメータを持つことにより、第１カップリング端部１３１と第２カップリング端部１３２を同じデフォルト共振周波数を持たせ、第１カップリング端部１３１と第２カップリング端部１３２の信号伝送効率を上げる。しかし、これは信号伝送周波数に基づく方式であるので、伝送信号の周波数に合わせるため、場合によって復調構造を別途に設ける必要がある。光電センシング方式は光から電気を発生して信号伝送を実現する。例えば、第１カップリング端部１３１は半導体レーザーを備え、第２カップリング端部１３２は半導体レーザーの光センサーを備えることができる。信号が第１カップリング端部１３１に達する際に、第１カップリング端部１３１の半導体レーザーは、前記信号に基づいて光信号を第２カップリング端部１３２の光センサーへ送信し、第２カップリング端部１３２の光センサーで前記光信号を再び電流信号に転換して送信する。なお、逆の場合も同様である。また、駆動チップユニットにおける電子ユニットのエネルギーは伝送信号に載せることができる。

また、アンテナユニット１１０と第１カップリング端部１３１との間には、回路抵抗によりマッチングできないという問題を引き起こす可能性がある。例えば、アンテナユニット１１０の出力抵抗は第１カップリング端部１３１の入力抵抗より大きい場合、アンテナユニット１１０からの信号が第１カップリング端部１３１に入れなくなり、または第１カップリング端部１３１の受信効率が落ちることがある。このような問題を解決や予防するため、第１マッチングユニット１４０がアンテナユニット１１０と第１カップリング端部１３１との間に配置されることで、アンテナユニット１１０と第１カップリング端部１３１との間の回路抵抗マッチングを実現することができる。同様に、チップユニット１２０と第２カップリング端部１３２との間にも回路抵抗によりマッチングできないという問題を引き起こす可能性がある。それで、第２マッチングユニット１５０がチップユニット１２０と第２カップリング端部１３２との間に配置されることで、チップユニット１２０と第２カップリング端部１３２との間の回路抵抗マッチングを実現することができる。

ここで、実体の電気的連結方式で分離可能な結合方式と比較してみる。例えば、着脱可能なアンテナユニットで、電源プラグなどの連結部の構造は分離可能である。この例と比べて、本発明のワイヤレス通信モジュール１００は第１カップリング端部１３１と第２カップリング端部１３２との間には無線方式で信号やエネルギーを伝送し、第１カップリング端部１３１と第２カップリング端部１３２が保護措置でカバーされているので、接続端の露出による接続端の酸化または汚れで、実体の電気的連結する際に信号やエネルギーの伝送効率の低下を引き起こすことを防ぐことができる。そのため、ワイヤレス通信モジュール１００は、実体の電気的連結で着脱可能な結合方式のモジュールに比べて、より高い信頼性がある。

上記に述べた第１カップリング端部１３１と第２カップリング端部１３２は、電磁誘導、または磁界共鳴方式により信号やエネルギーを伝送することができる。

電磁誘導方式での実現に必要な条件が一番少ないため、信号伝送方法として電磁誘導方式を使用する方法では、第１カップリング端部１３１と第２カップリング端部１３２の構造を簡素化にすると共に、第１カップリング端部１３１と第２カップリング端部１３２を小型化することができる。ただし、後述にて詳しく説明するように、本発明の実施例のカップリングアンテナ構造も、信号やエネルギーの伝送手段として磁界共鳴方式に用いられる。

第１カップリングユニット１３１と第２カップリングユニット１３２は、電磁誘導、または磁界共鳴方式により信号やエネルギーを互いに伝送することができる場合、第１カップリングユニット１３１と第２カップリングユニット１３２は、金属配線方式、磁気コアを備えた金属配線、導体印刷方法、またはエッチング方式により形成されるものであってもよい。

具体的に説明すれば、電磁誘導、または磁界共鳴方式に必要なインダクタは、磁気コアを備えた金属配線、導体印刷方法、またはエッチング方式によって形成されるものであってもよい。金属配線方式では、金属導線を巻いてコイルと形成し、そして磁気コアを備えた金属配線では、金属導線の間にフェライトからなる磁気コアが巻かれて、これにより、コイルの機能を調整する。導体印刷方法では、回路基板にインダクタのパターンを形成してから、従来の印刷回路技術によりインダクタ構造を回路基板に付加する。エッチング方式は導体印刷方法に類似しており、先ずは導体表面にインダクタのパターンを形成してから、エッチング方式によりインダクタ構造を形成する。

注意すべき点は、どんな方式で作製したインダクタであっても、実際二つの金属導線との間に少量の電圧差により少量の電荷を累積する可能性がある。この電荷の累積は即ち回路での等価キャパシタンスに相当し、それが実際に製造されたインダクタと共振周波数の構造を形成するので、信号伝送の効率に影響することができる。そのため、インダクタの導線の厚み及び間隔を最適化し、信号の伝送効率を上げることができる。

上記の第１カップリング端部１３１と第２カップリング端部１３２は金属配線方式で形成するものであってもよい。さらに、金属配線のコイルの中には、磁気コアを備えてもよく、磁気コアで磁力線を封じることにより、エネルギーの損耗を下げることができる。

具体的に言えば、二つのインダクタ同士の伝送効率の影響要素の一つは、二つのコイルを同時に通る磁力線の数と、信号により生成する磁力線の総数との比である。二つのコイルを通らない磁力線は磁気漏れであって、エネルギー損耗と見なされる。磁気コアは、多くの磁力線を磁気コア内部に封じる機能を持つため、磁気コアをコイルの中に配置し、二つのコイルを対応の位置に設置させれば、二つのコイルを通せる磁力線の数がより多くなる。もっと具体的にいうと、磁気コアは凹字型またはU字型としてもよい。導線は磁気コアのE字型やU字型の中心寄りの所に巻きつけられて、第１カップリング端部１３１と第２カップリング端部１３２をそれぞれ形成し、かつ第１カップリング端部１３１と第２カップリング端部１３２は中断部分のある環状構造を形成し（図5の第１カップリング端部１３１と第２カップリング端部１３２を参照する）、このようにすれば、もっと多くの磁力線が第１カップリング端部１３１と第２カップリング端部１３２の二つコイル内部を通ることが可能になる。また、磁気コアで磁力線を封じることで、信号やエネルギーの伝送効率をあげているため、サイズの大きいカップリングユニットでなくても良好な信号やエネルギーの伝送効果を達成することができるので、カップリングユニットのサイズをさらに縮小して小型化の効果を達成する。

次に図２を参照する。図２は本発明のワイヤレス通信モジュールの第２実施例のシステムを示すブロック図である。図に示すように、チップユニット１２０はRFID信号インターフェイスとデータ保存部を有するRFIDチップであって、カップリングユニット１３０とアンテナユニット１１０は、RFIDタグチップと対応する周波数範囲に動作され、アンテナユニット１１０は、RFIDタグチップと対応するRFIDリーダ４００と信号やエネルギーを交換することができる。本実施例のワイヤレス通信モジュール２００ａは、上記第１実施例のワイヤレス通信モジュール１００にある同じユニットの動作方式と類似するため、説明を省略する。

具体的に言えば、チップユニット１２０は、RFID信号を処理するためのRFIDタグチップユニットであってもよい。RFIDの周波数の範囲が広いので、より信号伝送効果を達成するためには、他の部分の構造をRFID方式の周波数変更に合わせる必要がある。上記の状況では、このワイヤレス通信モジュール２００ａの機能はRFIDと同じになり、RFIDリーダ４００と信号を交換し、リーダからエネルギーを得てチップユニットの動作エネルギーを提供することができる。

更に図３を参照する。図３は本発明のワイヤレス通信モジュールの第３実施例のシステムを示すブロック図である。ワイヤレス通信モジュール２００ｂはさらに制御ユニット２１０と提示ユニット２２０を有している。制御ユニット２１０はチップユニット１２０と電気的に連結し、チップユニット１２０からの信号を受信する。提示ユニット２２０は、制御ユニット２１０と電気的に連結し、制御ユニット２１０からの信号を受信し、かつ制御ユニット２１０からの信号に基づいて提示メッセージを生成する。本実施例において、ワイヤレス通信モジュール２００ｂは、上記第２実施例のワイヤレス通信モジュール２００ａにおいて対応するユニットの動作方法は類似するので、ここでは説明を省略する。しかし、注意すべき点は、本実施例では、ユーザーは付加される制御ユニット２１０と提示ユニット２２０を通してチップユニット１２０に保存されたメッセージの内容を取得することができる。

具体的に説明すれば、RFIDを携帯式電子装置に組み込むために、一般的に、ユーザーは外部RFIDリーダ４００を経由することなく、直接RFIDタグ内部メッセージ（例えば、乗車カードの残高など）を取得できるのが望ましい。そのため、ワイヤレス通信モジュール２００ｂは制御ユニット２１０と提示ユニット２２０を備え、制御ユニット２１０はチップユニット１２０との電気的な連結によりチップユニット１２０に保存しているメッセージを読み取り、提示ユニット２２０が判別できる信号に転化してから、提示ユニット２２０を通して前記メッセージの内容をユーザーに提示する。例えば、制御ユニット２１０はマイクロコントローラーチップユニットであって、提示ユニット２２０は、携帯式電子装置でのメッセージを表示するスクリーンであってもよい。しかし、マイクロコントローラーチップユニットは直接にRI信号フォーマットを判別できない可能性があるため、制御ユニット２１０は、RFID信号フォーマットを識別すると共にそれをマイクロコントローラーチップユニットが判別できるフォーマットに転換できるチップユニットを備えでもよい。マイクロコントローラーチップユニットの構造と動作方式は、一般的なマイクロコントローラーチップユニットの構造と動作方式を採用することができるので、説明を省略する。

又、本発明のカップリングアンテナ技術は近距離無線通信(NFC)に応用することができる。図４を参照して、図４は本発明のワイヤレス通信モジュールの第４実施例のシステムを示すブロック図である。図示のように、ワイヤレス通信モジュール３００は、信号やエネルギーを受信または送信するアンテナユニット１１０と、前記アンテナユニット１１０からの信号を保存して処理すると共に、前記アンテナユニット１１０からのエネルギーを受信する近距離無線通信コントローラ３２０と、前記近距離無線通信コントローラ３２０と電気的に連結することにより、通信セキュリティプロトコルと合致するためのセキュリティユニット３１０と、第１カップリング端部１３１と第２カップリング端部１３２とを備えるカップリングユニット１３０と、前記アンテナユニット１１０と前記近距離無線通信コントローラ３２０は前記カップリングユニット１３０を通じて信号やエネルギーを伝送し、第１カップリング端部１３１と第２カップリング端部１３２は電磁誘導、磁界共鳴または光電センシング方式によって信号やエネルギーを互いに伝送し、第１カップリング端部１３１と第２カップリング端部１３２の間には、実体の電気的連結の必要がなく、前記アンテナユニット１１０と前記第１カップリング端部１３１との間に電気的に連結することにより、前記アンテナユニット１１０と前記第１カップリング端部１３１との間にインピーダンスマッチングを形成する第１マッチングユニット１４０と、近距離無線通信コントローラ３２０と第２カップリング端部１３２との間に電気的に連結することにより、近距離無線通信コントローラ３２０と、前記第２カップリング１３２との間にインピーダンスマッチングを形成する第２マッチングユニット１５０と、近距離無線通信コントローラ３２０とセキュリティユニット３１０との間に電気的に連結することにより、前記近距離無線通信コントローラ３２０と前記セキュリティユニット３１０からの信号を受信、処理及び送信する制御ユニット２１０と、制御ユニット２１０と電気的に連結することにより、制御ユニット２１０からの信号を受信し、かつ制御ユニット２１０からの信号に基づいてメッセージを生成する提示ユニット２２０とを有する。この場合、カップリングユニット１３０とアンテナユニット１１０は近距離無線通信方式の周波数にて操作される。ワイヤレス通信モジュール３００を含む装置は、実質的に近距離無線通信(NFC)機能を有し、NFC機能を有する他の装置(図4の近距離無線通信装置５００)と通信することができる。本実施例のワイヤレス通信モジュール３００は上記第３実施例のワイヤレス通信モジュール２００ｂにおいて同じユニットとの動作方法と類似するため、説明を省略する。しかし、注意すべき点は、本実施例では、ユーザーは、付加されたセキュリティユニット３００を介して、既定の通信セキュリティプロトコルに合致する安全通信を実現し、かつ近距離無線通信コントローラ３２０を通じて、他の近距離無線通信装置と通信することができる。

近距離無線通信技術はRFID技術から派生された技術で、いずれも小型化することが可能な無線通信技術であるので、本発明に開示するワイヤレス通信モジュールに応用することもできる。図１のシステム及び図４に示すように、アンテナユニット１１０とカップリングユニット１３０は、近距離無線通信技術に用いられる電磁波周波数に対応する場合、カップリングユニット１３０の第２カップリング端部１３２を、近距離無線通信コントローラ３２０に電気的に連結することにより、他の近距離無線通信装置と通信を行うことができる。具体的にいうと、近距離無線通信コントローラ３２０及びセキュリティユニット３１０のワイヤレス通信モジュール３００は、カードシミュレーションモード(card emulation mode)、ピアツーピアーモード(peer to peer mode) 、読み書きモード(read/write mode)を実行することができる。カードシミュレーションモードの効果は、本発明の第２と第３実施例のRFIDタグチップによる効果に類似しており、この際に、近距離無線通信コントローラ３２０とセキュリティユニット３１０は外部のリーダの信号を受信してから、受動的に情報を外部保存機器に提供する。特筆すべきことは、セキュリティユニット３１０はISO7816規格に準拠することによって制御ユニット２１０と連結できたことにより、金額（残高）などより機密性の高い情報を制御ユニット２１０に送ってから、制御ユニット２１０より提示ユニット２２０に送り、ユーザーに提示するすることができる。ピアツーピアーモードは二つの近距離無線通信装置の間に互いに情報を交換することができ、この際に二つの近距離無線通信装置はいずれも近距離無線通信有効範囲内に位置すれば、両者は互いに簡単に連結することができ、余分な装置と複雑な設定過程を省くことができる。読み書きモードは近距離無線通信コントローラ３２０を主動状態にするので、読取られるためのタグとして作動する以外に、他のタグを読取るリーダとすることも可能である。

又、ワイヤレス通信モジュール３００はセキュリティユニット３１０を備えることができる。セキュリティユニット３１０は、既定のセキュリティ基準に合致するデータ保護チップユニットであってもよい。信号がチップユニット１２０に処理される際に、前記セキュリティ基準に合致する暗号化や復号化機能を提供し、かつ個人情報などの機密性情報を保存する。その機能は本発明の第２と第３実施例のチップユニット１２０のRFID情報保存機能を含み、安全通信機能を実現している。

この構成において、近距離無線通信コントローラ３２０は多くの方式でセキュリティユニット３１０と連結することができる。例えば、S²C (Signal/Signal Out Connection)、SWP(single wire protocol)などである。セキュリティユニット３１０も多くのパッケージング方法に適用する。例えば、UICC(universal integrated circuit card)、micro SD、または直接に近距離無線通信コントローラ３２０モジュールに内蔵してもよい。

図５を参照する。図５は、本発明の、前記ワイヤレス通信モジュールを備える携帯式電子装置の第５実施例のスマートウォッチを示す透視図である。この実施例で使用するワイヤレス通信モジュールは、図３のワイヤレス通信モジュール２００ｂであり、携帯式電子装置はスマートウォッチである。スマートウォッチの時計本体６００は時計ケース６１０に組み込み、ワイヤレス通信モジュール２００ｂのチップユニット１２０と、第２マッチングユニット１５０と、制御ユニット２１０と、提示ユニット２２０とを備え、第２カップリング端部１３２は、時計本体６００と連結し、バンド６２０左側の第１カップリング端部１３１と対応するように配置されており、同様にして、アンテナユニット１１０と第１マッチングユニット１４０はバンド６２０の左側に配置されており、第１マッチングユニット１４０はアンテナユニット１１０と第１カップリング端部１３１との間に連結されており、アンテナユニットは、第１カップリング端部１３１と第２カップリング端部１３２と、時計本体６００におけるチップユニット１２０とを介して、信号やエネルギーを伝送している。

具体的に説明すれば、アンテナユニット１１０が時計本体６００に配置された場合、アンテナユニットのサイズが制限されると共に、アンテナユニット１１０と、時計本体６００における内部電子ユニットと互いに干渉してしまう可能性があるので、アンテナユニット１１０を時計本体６００の外側に配置することが望ましい。しかし、通常腕時計が使用される際に、時計本体６００とバンド６２０との間に、一定の相互動作ができる構造が必要である。例えば、バンド６２０の一端部は、バンド６２０に接続している回転軸により、時計本体６００に対して軸回転することができる。この場合、実体の電気的連結では、時計本体６００とバンド６２０との間の動作を妨げることになる。一方、本発明のワイヤレス通信モジュールを採用すれば、アンテナユニット１１０は時計本体６００から離れてバンド６２０に配置されることが可能であるので、時計本体６００とバンド６２０との相互動作を妨げることはない。なお、アンテナユニット１１０のアンテナユニット構造の幅は、最大で約バンドの幅に拡大することが可能になるので、信号とエネルギーの伝送距離と強度を上げることができる。また、時計ケース６１０のアンテナユニット１１０に向かう側に開口があるため、カップリングユニット１３０の二つのカップリング端部１３１，１３２との間の信号やエネルギーの伝送が時計ケース６１０に妨げられなく、かつバンド６２０の第１カップリング端部１３１には少し可動スペースが生まれる。また、カップリングユニット１３０の二つのカップリング端部１３１，１３２のE字型構造端部は完全密接していないので、二つのカップリング端部１３１，１３２は少し相対動作のスペースがある。なお、テストした結果、カップリングユニット１３０の二つのカップリング端部１３１,１３２のE字型構造の端部の間に一定のスペースを空けていれば、信号やエネルギーの伝送効果はさらに向上することができる。

この実施例では、制御ユニット２１０はスマートウォッチのマイクロコントローラーチップユニットであり、提示ユニット２２０はスマートウォッチのスクリーンであってもよい。

図６を参照する。図６は、図５のスマートウォッチの時計ケース６１０と時計本体６００と分離した状態を示す透視図である。図面に示しているように、時計本体６００及びそれに連結している第２カップリング端部１３２は、バンド６２０から分離することができる。

時計本体６００はバンド６２０とは実質的に分離することができるため、時計本体６００のチップユニットまたはバンド６２０のアンテナユニットのいずれか一方に部品の損傷や故障が発生したとしても、その損傷や故障のある部品だけ取り替えればよく、当該スマートウォッチの全体を取り替える必要がなく、さらに部品を交換してから改めて接続することも必要がないので、時計本体６００をバンド６２０に安置さえすれば直ちに使用することができるという効果、即ちプラグアンドプレイと似ている効果を果たしている。

スマートウォッチは、ワイヤレス通信モジュール３００のような近距離無線通信機能を持つ通信モジュールを有してもよい。この場合、スマートウォッチは前記近距離無線通信機能を有する。例えば、カードシミュレーションモードを操作する場合、スマートウォッチは、カードキーまたは電子マネーとして機能することができ、通行または支払う際にスマートウォッチをリーダに近接させると、身分認証または取引ができるようになる。ピアツーピアモードを操作する際に、スマートウォッチを他の近距離無線通信装置、例えば、他のスマートウォッチ、または携帯に近接させれば、スケジュールや音楽データなどの情報を互いに交換することができる。読み書きモードを操作する時に、スマートウォッチはリーダまたはタグとなり、例えば二つのスマートウォッチを使って、一方のお金を他方に移す際に、お金を受ける側のスマートウォッチはリーダとなり、他方のスマートウォッチはタグとなり、両者が中央サーバーとつながり、互いにセンシングして取引する。よって、この近距離無線通信機能を有するスマートウォッチは、例えば、非接触クレジットカード、電子チケットや電子マネー等の形式として、日常生活で便利に使うことができる。

上記には、本発明の好適な例として実施例を列挙したが、本発明を制限するものではない。本発明の主旨と範囲を逸脱しない範囲で、それらに等しい効果を得る修正や変更は、いずれも本発明の特許の請求範囲に属する。

１００，２００ａ，２００ｂ，３００：ワイヤレス通信モジュール
１１０：アンテナユニット
１２０：チップユニット
１３０：カップリングユニット
１３１：第１カップリング端部
１３２：第２カップリング端部
１４０：第１マッチングユニット
１５０：第２マッチングユニット
２１０：制御ユニット
２２０：提示ユニット
３１０：セキュリティユニット
３２０：近距離無線通信コントローラ
４００：RFIDリーダ
５００：近距離無線通信装置
６００：時計本体
６１０：時計ケース
６２０：バンド

Claims

アンテナユニットと、チップユニットと、カップリングユニットと、第１マッチングユニットと、第２マッチングユニットを有するワイヤレス通信モジュールであって、
前記アンテナユニットは、信号とエネルギーを受信または送信するものであり、
前記チップユニットは、前記アンテナユニットからの信号を保存して処理すると共に、前記アンテナユニットからのエネルギーを受信するものであり、
前記カップリングユニットは、第１カップリング端部と第２カップリング端部を備え、前記アンテナユニットと、前記チップユニットとは、前記カップリングユニットを介して信号とエネルギーを伝送し、前記第１カップリング端部と第２カップリング端部は電磁誘導、磁界共鳴、光電センシング方式などで信号やエネルギーを互いに伝送し、前記第１カップリング端部と第２カップリング端部の間に実体の電気的連結が必要なく、
前記第１マッチングユニットは、前記アンテナユニットと前記第１カップリング端部との間にインピーダンスマッチングを形成するように、前記アンテナユニットと前記第１カップリング端部の間に電気的に連接しており、
前記第２マッチングユニットは、前記チップユニットと前記第２カップリング端部との間にインピーダンスマッチングを形成するように、前記チップユニットと前記第２カップリングユニットとの間に電気的に連接することを特徴とするワイヤレス通信モジュール。
前記第１カップリングユニットと前記第２カップリングユニットは、電磁誘導、または磁界共鳴方式により信号やエネルギーを互いに伝送することを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス通信モジュール。
前記第１カップリングユニットと前記第２カップリングユニットは、単なる金属配線方式、磁気コアを備えた金属配線、導体印刷方法、またはエッチング方式によって形成されることを特徴とする請求項２に記載のワイヤレス通信モジュール。
前記第１カップリング端部と前記第２カップリング端部は磁気コアを備えた金属配線で形成されたものであり、金属配線におけるコイルのうち、エネルギー消耗を下げるため、磁力線を封じる磁気コアが巻かれていることを特徴とする請求項３に記載のワイヤレス通信モジュール。
前記チップユニットはRFIDタグチップであり、前記カップリングユニットと前記アンテナユニットは前記RFIDタグチップに対応する周波数範囲に動作され、前記アンテナユニットは、前記RFIDタグチップに対応したRFIDリーダと、信号やエネルギーを交換できることを特徴とする請求項３に記載のワイヤレス通信モジュール。
制御ユニットと、提示ユニットとをさらに備えており、前記制御ユニットは、前記チップユニットと電気的に連結することにより、前記チップユニットからの信号を受信するものであり、前記提示ユニットは、前記制御ユニットと電気的に連結することにより、前記制御ユニットからの信号を受信すると共に、前記制御ユニットからの信号に基づいて提示メッセージを生成するものであることを特徴とする請求項５に記載のワイヤレス通信モジュール。
信号やエネルギーを送受信するアンテナユニットと、
前記アンテナユニットからの信号を保存して処理すると共に、前記アンテナユニットからのエネルギーを受信する近距離無線通信コントローラと、
通信セキュリティプロトコルに合致する通信機能を実現するように、前記近距離無線通信コントローラと電気的に連結するセキュリティユニットと、
第１カップリング端部と第２カップリング端部を備えるカップリングユニットと、
前記アンテナユニットと前記第１カップリング端部との間に電気的に連結することにより、前記アンテナユニットと前記第１カップリング端部との間にインピーダンスマッチングを形成する第１マッチングユニットと、
前記近距離無線通信コントローラと前記第２カップリング端部との間に電気的に連結することにより、前記近距離無線通信コントローラと前記第２カップリングとの間にインピーダンスマッチングを形成する第２マッチングユニットと、
前記近距離無線通信コントローラとセキュリティユニットとの間に電気的に連結することにより、前記近距離無線通信コントローラと前記セキュリティユニットからの信号を受信、処理及び送信する制御ユニットと、
前記制御ユニットと電気的に連結することにより、前記制御ユニットからの信号を受信し、かつ前記制御ユニットからの信号に基づいてメッセージを生成する提示ユニットと、
を有し、
前記アンテナユニットと前記近距離無線通信コントローラは、前記カップリングユニットを通じて信号やエネルギーを伝送し、前記第１カップリング端部と前記第２カップリング端部は、電磁誘導、磁界共鳴または光電センシング方式により、信号やエネルギーを互いに伝送し、第１カップリング端部と第２カップリング端部の間には、実体の電気的連結の必要がないことを特徴とするワイヤレス通信モジュール。
前記ワイヤレス通信モジュールは、カードシミュレーションモード、ピアツーピアーモード、又は読み書きモードを実行できることを特徴とする請求項７に記載のワイヤレス通信モジュール。
ワイヤレス通信モジュールを備える携帯式電子装置であって、
信号やエネルギーを送受信するアンテナユニットと、
前記アンテナユニットからの信号を保存して処理すると共に、前記アンテナユニットからのエネルギーを受信するチップユニットと、
第１カップリング端部と第２カップリング端部を備えるカップリングユニットと、
前記アンテナユニットと前記第１カップリング端部との間に電気的に連結することにより、前記アンテナユニットと前記第１カップリング端部との間にインピーダンスマッチングを形成する第１マッチングユニットと、
前記チップユニットと前記第２カップリング端部との間に電気的に連結することにより、前記チップユニットと前記第２カップリングとの間にインピーダンスマッチングを形成する第２マッチングユニットと、
を有し、
前記アンテナユニットと前記チップユニットは前記カップリングユニットを通じて信号やエネルギーを伝送し、前記第１カップリング端部と前記第２カップリング端部は電磁誘導、磁界共鳴または光電センシング方式によって信号やエネルギーを互いに伝送し、第１カップリング端部と第２カップリング端部の間には、実体の電気的連結の必要がないというワイヤレス通信モジュールを備えることを特徴とする携帯式電子装置。
前記第１カップリングユニットと前記第２カップリングユニットは、電磁誘導、または磁界共鳴方式により信号やエネルギーを互いに伝送することを特徴とする請求項９に記載の携帯式電子装置。
前記第１カップリングユニットと前記第２カップリングユニットは、単なる金属配線方式、磁気コアを備えた金属配線、導体印刷方法、またはエッチング方式によって形成されることを特徴とする請求項１０に記載の携帯式電子装置。
前記第１カップリング端部と第２カップリング端部は磁気コアを備えた金属配線で形成されたものであり、金属配線におけるコイルのうち、エネルギー消耗を下げるため、磁力線を封じる磁気コアが巻かれていることを特徴とする前記請求項１１に記載の携帯式電子装置。
前記チップユニットはRFIDタグチップであり、前記カップリングユニットと前記アンテナユニットは前記RFIDタグチップに対応する周波数範囲に動作され、前記アンテナユニットは、RFIDタグチップに対応したRFIDリーダと、信号やエネルギーを交換できることを特徴とする請求項１１に記載の携帯式電子装置。
制御ユニットと、提示ユニットとをさらに備えており、前記制御ユニットは、前記チップユニットと電気的に連結することにより、前記チップユニットからの信号を受信するものであり、前記提示ユニットは、前記制御ユニットと電気的に連結することにより、前記制御ユニットからの信号を受信すると共に、前記制御ユニットからの信号に基づいて提示メッセージを生成するものであることを特徴とする請求項１３に記載の携帯式電子装置。
ワイヤレス通信モジュールを備える携帯式電子装置であって、
信号やエネルギーを送受信するアンテナユニットと、
前記アンテナユニットからの信号を保存して処理すると共に、前記アンテナユニットからのエネルギーを受信する近距離無線通信コントローラと、
通信セキュリティプロトコルに合致する通信機能を実現するように、前記近距離無線通信コントローラと電気的に連結するセキュリティユニットと、
第１カップリング端部と第２カップリング端部を備えるカップリングユニットと、
前記アンテナユニットと前記第１カップリング端部との間に電気的に連結することにより、前記アンテナユニットと前記第１カップリング端部との間にインピーダンスマッチングを形成する第１マッチングユニットと、
前記近距離無線通信コントローラと前記第２カップリング端部との間に電気的に連結することにより、前記近距離無線通信コントローラと前記第２カップリング端部との間にインピーダンスマッチングを形成する第２マッチングユニットと、
前記近距離無線通信コントローラと前記セキュリティユニットとの間に電気的に連結することにより、前記近距離無線通信コントローラと前記セキュリティユニットからの信号を受信、処理及び送信する制御ユニットと、
前記制御ユニットと電気的に連結することにより、前記制御ユニットからの信号を受信し、かつ前記制御ユニットからの信号に基づいてメッセージを生成する提示ユニットと、
を有し、
前記アンテナユニットと前記近距離無線通信コントローラは前記カップリングユニットを通じて信号やエネルギーを伝送し、前記第１カップリング端部と前記第２カップリング端部は電磁誘導、磁界共鳴または光電センシング方式によって信号やエネルギーを互いに伝送し、第１カップリング端部と第２カップリング端部の間には、実体の電気的連結の必要がないというワイヤレス通信モジュールを備えることを特徴とする携帯式電子装置。
前記ワイヤレス通信モジュールは、カードシミュレーションモード、ピアツーピアーモード、又は読み書きモードを実行できることを特徴とする請求項１５に記載の携帯式電子装置。
前記ワイヤレス通信モジュールは、非接触クレジットカード、電子チケットや電子マネーとして使えることを特徴とする請求項１５に記載の携帯式電子装置。