JP2015207812A - 携帯端末装置 - Google Patents

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Masaaki Kanao
政明 金尾
佐藤 直紀
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Abstract

【課題】人体に吸収される電磁波エネルギーを低減するとともに、アンテナ放射特性に対する人体の影響を従来よりも緩和する。
【解決手段】携帯端末装置において、第1のセンサ26は、電話機能での通話時に使用されるスピーカの近傍に設けられ、人体頭部の接触または近接を検出することが可能である。第2のセンサ20は、筐体の短手方向の両端部に設けられ、手および指が接触する位置を検出することが可能である。通信制御部38は、第1および第2のセンサ26,20の検出結果に基づいて、アンテナANTの整合状態およびアンテナANTから出力する電磁波の送信電力の少なくとも一方を調整する。
【選択図】図2

Description

この発明は携帯端末装置に関する。
携帯端末装置では、人体に吸収される電磁波のエネルギー値(SAR:Specific Absorption Rate)の安全基準を遵守した上で、適切な通信性能を保障する必要がある。
たとえば、特開2012−170071号公報(特許文献1)に開示される携帯端末装置では、グリップセンサ部から供給されるセンサ信号に基づいてグリップセンサパターンを検出し、検出されたグリップセンサパターンに応じて通信手段の電源制御およびアンテナチューニングが行われる。
特開2012−170071号公報
上記の特開2012−170071号公報(特許文献1)は、グリップセンサを利用することによって携帯端末の把持の仕方を検出しているだけであるので、たとえば、人体の頭部の影響が考慮されていない。
この発明の目的は、人体に吸収される電磁波エネルギーを低減するとともに、アンテナ放射特性に対する人体の影響を従来よりも緩和することが可能な携帯端末装置を提供することである。
この発明は携帯端末装置であって、アンテナと、スピーカおよびマイクロホンと、第1および第2のセンサと、通信制御部とを備える。アンテナは、筐体の表面または内部に設けられる。スピーカおよびマクロホンは、筐体の長手方向の両端部にそれぞれ設けられ、電話機能での通話時に使用される。第1のセンサは、スピーカの近傍に設けられ、人体頭部の接触または近接を検出することが可能である。第2のセンサは、筐体の短手方向の両端部に設けられ、手および指が接触する位置を検出することが可能である。通信制御部は、第1および第2のセンサの検出結果に基づいて、アンテナの整合状態およびアンテナから出力する電磁波の送信電力の少なくとも一方を調整する。
この発明によれば、人体に対する電磁波の放射量を低減するとともに、アンテナ放射特性に対する人体の影響を従来よりも緩和することができる。
携帯端末装置の外観を示す図である。 携帯端末装置の一部の機能を示すブロック図である。 図2の整合回路の一例を示す回路図である。 制御テーブルを概略的に示す図である。 図4の制御テーブルのうちアンテナのマッチング制御に関する部分を詳しく示す図である。 実施の形態1の場合の通信制御の手順を示すフローチャートである。 実施の形態2の場合の通信制御の手順を示すフローチャートである。
以下、実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰り返さない。
<実施の形態1>
[携帯端末装置の構成]
図1は、携帯端末装置の外観を示す図である。図1(A)に主面側の平面図を示し、図1(B)に下側面図を示し、図1(C)に裏面側の平面図を示す。
図1(A)〜(C)を参照して、携帯端末装置100は、ほぼ平板状の筺体10と、筺体10の主面に設けられたタッチスクリーン12と、筺体10の主面上でタッチスクリーン12の下部に設けられた操作キー14と、筐体10の主面上でタッチスクリーン12の上部に設けられたスピーカ18と、筐体10の下側面に設けられたマイクロホン16とを含む。すなわち、スピーカ18は筐体10の長手方向の上端部に設けられ、マイクロホン16は筐体10の長手方向の下端部に設けられている。スピーカ18およびマイクロホン16は、ユーザが携帯端末装置の電話機能を利用して通話する場合に使用される。
タッチスクリーン12は、ディスプレイとタッチパネルとが一体的に形成されたものである。タッチパネルは、タッチ位置(タッチパネル上で押圧された位置)を検出することが可能であり、ユーザの入力を受け付けることができる。
操作キー14は、たとえば、ホーム画面を表示させるためのホームキーとして機能する。筺体10には、図示しない電源キーおよび音量キーなども設けられている。
携帯端末装置100は、さらに、筐体10の右側面部および左側面部(すなわち、筐体10の短手方向の両端部)の外表面上に設けられたグリップセンサ20(20R,20L)を含む。この明細書では、筐体10の主面に向かって左側面に設けられたグリップセンサを第1センサ群20Lと称し、筐体10の右側面に設けられたグリップセンサを第2センサ群20Rと称する。第1および第2センサ群20L,20Rは、それぞれ複数の接触センサによって構成され、どの接触センサが接触を検知しているか(すなわち、反応しているか)によって、筐体10の右側面部上および左側面部上でユーザの手および指が接触する位置を検出することができる。
携帯端末装置100は、さらに、筐体10の主面上でタッチスクリーン12の上部(すなわち、筐体10の長手方向の上端部)の外表面上において、スピーカ18の近傍に設けられた1または複数の人感センサ26を含む。人感センサ26は、人体の接触または近接を検出することができる。人感センサ26をスピーカ18の近傍に設けることによって、電話機能による通話時に人体頭部が携帯端末装置100に近接または接触しているか否かを検出することができる。
図1の場合には、人感センサ26として、近接センサ22と接触センサ24とが設けられている。近接センサ22としては、センサの周囲温度(センサの近傍の温度)を検出することができる温度センサを例に以下説明をするが、近接センサは温度センサに限らず、静電容量型、超音波型、赤外線型など、人体が接近することを検知するセンサであれば本発明に適用できる。温度センサを用いた場合には、検出結果に基づいて、センサの周囲温度が人間の体温の範囲内であるか否かによって人体の接近の有無が判定される。接触センサ24は、たとえば、静電式、電界式、および圧力式のタッチセンサのいずれであってもよい。近接センサ22と接触センサ24のように、異なる検出メカニズムの人感センサ26を複数設けることによって、誤検出の確率を減らすことができるが、どちらか一方のみであっても本発明は実施可能である。
携帯端末装置100は、さらに、筐体10の内部に設けられた1または複数のアンテナを含む。図1の場合には、筐体10の長手方向の下端部の近傍にアンテナANT1が設けられ、筐体10の長手方向の上端部の近傍にアンテナANT2が設けられている。アンテナANT1,ANT2は、それぞれ給電点FP1,FP2を介して、筐体10の内部に設けられた通信装置(図2の参照符号80)と接続される。なお、筺体10の外表面上にアンテナを設けることも可能である。この場合、アンテナに手および指が直接触れないように、アンテナの表面には絶縁膜が形成されている。
図2は、携帯端末装置の一部の機能を示すブロック図である。図2のブロック図に示されている構成要素は、人体に対する電磁波の放射量を低減するための機能、およびアンテナ放射特性に対する人体の影響を抑制するための機能に関係する。
図2を参照して、携帯端末装置100は、図1で説明したグリップセンサ20、人感センサ26、および複数のアンテナANT1〜ANTn(図1ではn=2)の他に、制御部30、記憶部50、ならびにアンテナANT1〜ANTnを介して通信を行う通信装置80を含む。
制御部30は、中央処理装置(CPU:Central Processing Unit)を含み、記憶部50を構成するメモリに格納された制御プログラムがCPUで実行されることによって携帯端末装置100全体の動作を制御する。特に、この実施の形態の携帯端末装置100では、制御部30は、制御プログラムの実行によって判定部32および通信制御部38として機能する。以下、判定部32、通信制御部38、および通信装置80の構成および機能についてさらに詳しく説明する。
[判定部の構成および機能]
図2に示すように、判定部32は、持ち手判定部34と頭部判定部36とを含む。
持ち手判定部34は、グリップセンサ20の検出結果に基づいて、ユーザが筐体10を把持しているか否かを判定し、さらに、ユーザが筐体10を把持している場合には、筐体10の持ち手、すなわち右手で把持しているか、左手で把持しているかを判定する。たとえば、第1センサ群20Lの反応数(すなわち、接触を検出したセンサの数)のほうが第2センサ群20Rの反応数よりも多い場合には、持ち手判定部34は、筐体10が左手で把持されていると判定する。逆に、第1センサ群20Lの反応数が第2センサ群20Rの反応数よりも少ない場合には、持ち手判定部34は、筐体10が右手で把持されていると判定する。第1センサ群20Lおよび第2センサ群20Rのいずれのタッチセンサも反応しない場合には、持ち手判定部34は、ユーザが筐体10を把持していないハンズフリー状態であると判定する。
なお、持ち手を判定する方法は、上述したセンサの反応数に基づく方法以外であっても構わない。たとえば、右手把持の場合と左手把持の場合との各々で、グリップセンサ20を構成する複数のタッチセンサのうち反応したセンサの分布を予め実験的に登録しておき、現在の検出されているセンサ分布と予め登録されたセンサ分布とを比較することによって右手把持か左手把持かを判定するようにしてもよい。
また、実施の形態1では、簡単のために携帯端末装置100の持ち手を右手把持および左手把持の2通りにしているが、両手把持を含めてもよい。さらに右手把持および左手把持をそれぞれ複数の把持状態に分類しても構わない。
頭部判定部36は、人感センサ26(近接センサ22および接触センサ24)の検出結果に基づいて、人体頭部が筐体10に近接または接触しているか否かを判定する。人体頭部が筐体10に近接または接触している場合とは、ユーザが携帯端末装置100の電話機能を用いて通話している場合であるので、以下、この場合を「通話姿勢」と称する。一方、ユーザが携帯端末装置100を頭部から離し、手に持って操作しながら通信が行われている場合(たとえば、電子メール機能を用いている場合)を、「操作姿勢」と称する。さらに、ユーザが携帯端末装置100を手に持たずに通信が行われている場合を、「ハンズフリー状態」と称する。このように、通信中における携帯端末装置100の持ち方は、大きく分けて、「通話姿勢」、「操作姿勢」、「ハンズフリー状態」の3つのパターンに分類することができる。
[通信制御部および通信装置の構成]
次に、通信制御部38および通信装置80の構成および機能について説明する。図2を参照して、通信制御部38は、ベースバンド回路40と、アンプ制御部42と、マッチング制御部44とを含む。通信装置80は、無線回路54と、可変利得アンプ82と、パワーアンプ84と、デュプレクサ56と、整合回路58とを含む。
無線回路54は、ベースバンド回路40から出力されたベースバンド送信信号を、規定された周波数帯域にアップコンバートすることによってRF(Radio Frequency)送信信号(TX)を生成する。RF送信信号(TX)は、可変利得アンプ82およびパワーアンプ84によって増幅された後、アンテナANT1〜ANTnのうち選択されたアンテナを介して送信される。無線回路54は、さらに、アンテナANT1〜ANTnのうち選択されたアンテナを介して受信したRF受信信号(RX)をダウンコンバートすることによってベースバンド受信信号を生成する。生成されたベースバンド受信信号は、ベースバンド回路40によって復調される。
デュプレクサ56は、RF送信信号(TX)とRF受信信号(RX)とで1つのアンテナを共用するために用いられる部品である。デュプレクサ56には、RF送信信号(TX)を通過させ、RF受信信号(RX)を遮断するフィルタと、RF受信信号(RX)を通過させ、RF送信信号(TX)を遮断するフィルタとが設けられている。
整合回路58は、アンテナANT1〜ANTn(総称する場合または不特定のものを示す場合、アンテナANTと記載する)の各々の整合状態を調整する。
図3は、図2の整合回路の一例を示す回路図である。図3を参照して、整合回路58は、インダクタ素子66,68と、可変容量素子64とを含む。インダクタ素子66,68のインダクタンス値をそれぞれL1(nH)、L2(nH)とし、可変容量素子64の容量値をC1(pF)とする。
図3に示す例では、インダクタ素子66は入出力ノード60と62との間に接続され、インダクタ素子68は入出力ノード62と接地ノードGNDとの間に接続され、可変容量素子64は入出力ノード60と接地ノードGNDとの間に接続される。入出力ノード60,62の一方はアンテナANTに接続される。入出力ノード60,62の他方はデュプレクサ56と接続される。
可変容量素子64として、たとえば、可変容量ダイオード(バリキャップまたはバラクタとも称する)を用いることができる。もしくは、スイッチによって並列に接続されるコンデンサの個数を切り替えることによって容量値を変化させるタイプの可変容量素子を用いることもできるし、MEMS(Micro Electro Mechanical System)を利用してコンデンサの電極間距離を変化させるタイプの可変容量素子を用いることもできる。
なお、図3の構成と異なり、容量素子は一定の容量値を有し、インダクタ素子のインダクタンスが可変となるようにしてもよいし、容量素子の容量値およびインダクタ素子のインダクタンスの両方を可変としてもよい。
再び、図2を参照して、アンプ制御部42は、人感センサ26の検出結果に基づいて可変利得アンプ82の利得を調整する。具体的に、アンプ制御部42は、人感センサ26によって人体頭部の近接または接触が検出された場合(すなわち、判定部32によって「通話姿勢」と判定された場合)には、「操作姿勢」および「ハンズフリー状態」の場合に比べて可変利得アンプ82の利得を低減させる。これによって、アンテナANT1〜ANTnから出力される電磁波の送信電力を低減させることができる。
前述のように、携帯端末装置100に人体頭部が近接している場合には、人体に対する電磁波の吸収エネルギー(SAR値)が増大する。したがって、SAR値が国際規格で定められた許容範囲内となるように送信電力を低減させる。
マッチング制御部44は、グリップセンサ20の検出結果に基づいて、アンテナ整合状態(すなわち、整合回路58に設けられた可変容量素子64の容量値)を調整する。具体的に、マッチング制御部44は、グリップセンサ20に基づいて判定された把持状態の判定結果(すなわち、右手把持、左手把持、ハンズフリーのいずれであるか)に応じて、可変容量素子64の容量値を変更する。
図1に示すようにアンテナANT1,ANT2の給電点FP1,FP2が筐体10内の左右のどちらかに偏った位置にある場合に、給電点FP1,FP2を手で覆うように筐体10を把持した場合に、アンテナインピーダンスが大きく変化する。このため、アンテナANT1〜ANTnと通信装置80との不整合が増大し、アンテナ特性が著しく劣化する。このような不都合を回避するために、右手把持から左手把持かに応じてアンテナインピーダンスが調整される。
上記の送信電力制御およびアンテナマッチング制御は、記憶部50に格納された制御テーブル52に従って通信制御部38によって実行される。図4は、制御テーブルを概略的に示す図である。図5は、図4の制御テーブルのうちアンテナのマッチング制御に関する部分を詳しく示す図である。
図4に示すように、実施の形態1の場合には携帯端末装置100の持ち方は、大きく分けると、通話姿勢、操作姿勢、およびハンズフリー状態の3パターンに分類される。通話姿勢および操作姿勢の場合は、さらに、指および手が筐体10の右側面部および左側面部のどの位置に接触しているかに応じて、右手把持と左手把持とに分類される。したがって、(i)通話姿勢で右手把持の場合、(ii)通話姿勢で左手把持の場合、(iii)操作姿勢で右手把持の場合、(iv)操作姿勢で左手把持の場合、および(v)ハンズフリー状態の場合の5通りのパターンに分類されることになる。既に説明したように、グリップセンサ20の検出結果に基づいて右手把持、左手把持、ハンズフリー状態のいずれであるかを判定することができる。グリップセンサ20によって指および手の接触が検出できない場合がハンズフリー状態である。人感センサ26の検出結果に基づいて、通話姿勢であるか否かを判定することができる。
通信制御部38は、上記の持ち方の各パターンに応じて、送信電力の制御および整合回路58のマッチング状態の制御を実行する。具体的に、通話姿勢の場合は、操作姿勢およびハンズフリー状態の場合に比べて送信電力が小さくなるように通信装置80が制御される。さらに、右手把持、左手把持、ハンズフリー状態に応じて、整合回路58のマッチング状態の設定が図5のM1、M2、M3にそれぞれ設定される。図5に示すように、M1〜M3の設定に応じて、可変容量素子64の容量値C1がA1〜A3にそれぞれ設定変更される。
[通信制御手順について]
図6は、実施の形態1の場合の通信制御の手順を示すフローチャートである。以下、図2および図6を参照して、これまでの説明を総括して、グリップセンサ20および人感センサ26の検出結果に基づくアンテナマッチング制御および送信電力制御について説明する。
まず、通信を開始するための要求処理を制御部30がユーザから受け付けると(ステップS100でYES)、制御部30の判定部32は、グリップセンサ20の出力信号に基づいて、携帯端末装置100を保持する持ち手(すなわち、右手把持であるか、左手把持であるか、もしくはハンズフリー状態であるか)を判定する(ステップS105)。さらに、判定部32は、温度センサ22の出力信号に基づいて、検出された温度センサ22の周辺温度が所定温度の範囲内(人間の体温の範囲内)であるか否かを判定する(ステップS115)。判定部32は、さらに、接触センサ24の出力信号に基づいて、人体頭部が接触センサ24に接触しているか否かを判定する(ステップS120)。なお、上記のステップS105,S115,S120を実行する順番はどのような順番であっても構わない。
上記の各判定結果に基づいて、最終的に判定部32は、携帯端末装置100の持ち方を表す複数のパターンのうちどのパターンに該当するかを判定する。たとえば、図4の場合には、5通りのパターンのどのパターンに該当するかが判定される。
次に、制御部30の通信制御部38は、制御テーブル52を参照して、上記の判定結果に応じて、送信電力制御およびアンテナのマッチング制御を行う(ステップS125)。調整後の送信電力およびアンテナのマッチング状態で、通信が行われる。上記のステップS105〜S125は、ユーザから通信終了要求を受け付けるまで(すなわち、ステップS130でYESとなるまで)繰り返される。
[実施の形態1の効果]
上記のとおり、実施の形態1の携帯端末装置100によれば、携帯端末装置の把持の仕方(右手把持、左手把持、ハンドフリー)に応じて、アンテナのマッチング状態を最適化することができるので、手の影響によるアンテナ特性の劣化を抑制することができる。さらに、人感センサの検出結果に基づいてユーザの頭部が近接している場合に限って、SAR値の法的基準値を満たすように送信電力を抑制することができるので、不必要な送信電力の低減を回避することができ、より安定的に無線通信を行うことができる。
<実施の形態2>
実施の形態2では、アンテナが少なくとも2つ以上ある場合に好適な通信制御方法について説明する。この場合、図2の判定部32の持ち手判定部34は、グリップセンサ20の検出結果に基づいて、複数のアンテナのうちどのアンテナに手が近接しているかをさらに判定する。通信制御部38は、持ち手判定部34によって手に近接していると判定されたアンテナの整合状態を調整する。
具体的な一例として、図1に示すように、アンテナANT1が筐体10の長手方向の下端部に設けられ、アンテナANT2が筐体10の長手方向の上端部に設けられているとする。さらに、第1センサ群20Lが上部20LUと下部20LDとに区分され、第2センサ群20Rが上部20RUと下部20RDとに区分されているとする。
上記の具体例において、図2の持ち手判定部34は、下部のセンサ群20LD,20RDが主に接触を検知している場合には、手がアンテナANT1に近接していると判定する。この場合、図4および図5の制御テーブルに従って、通信制御部38は、アンテナANT1の整合状態を調整する。さらに、携帯端末装置100が人体頭部に接触または近接している場合には、通信制御部38は送信電力を調整する。手から離れているアンテナANT2の整合状態はハンズフリー状態と同じに制御される。
逆に、持ち手判定部34は、上部のセンサ群20LU,20RUが主に接触を検知している場合には、手がアンテナANT2に近接していると判定する。この場合、通信制御部38は、アンテナANT2の整合状態を調整する。さらに、携帯端末装置100が人体頭部に接触または近接している場合には、通信制御部38は送信電力を調整する。手から離れているアンテナANT1の整合状態はハンズフリー状態と同じに制御される。
図7は、実施の形態2の場合の通信制御の手順を示すフローチャートである。図7のフローチャートは、ステップS105の後にステップS110が設けられる点で、図6のフローチャートと異なる。ステップS110において、持ち手判定部34は、グリップセンサ20の出力信号から、複数のアンテナのうちどのアンテナに手が近接しているかを判定する。
図7のフローチャートは、さらに、ステップS125に代えてステップS125Aが設けられる点で図6のフローチャートと異なる。ステップS125Aにおいて、制御部30の通信制御部38は、制御テーブル52を参照して、ステップS105からS120までの判定結果に基づいて、送信電力制御を行うとともに手に近接しているアンテナのマッチング制御を行う。図7のその他の点は図6の場合と同様であるので、同一または相当するステップには同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。
以上のとおり、実施の形態2の通信端末装置では、実施の形態1の効果に加えて、複数のアンテナのうちどのアンテナに手が近接しているかに応じてマッチング制御が変更されるので、より適切なアンテナ特性で送受信を行うことができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
10 筐体、12 タッチスクリーン、14 操作キー、16 マイクロホン、18 スピーカ、20 グリップセンサ、20L 第1センサ群、20R 第2センサ群、22 近接センサ(温度センサ)、24 接触センサ、26 人感センサ、30 制御部、32 判定部、34 持ち手判定部、36 頭部判定部、38 通信制御部、40 ベースバンド回路、42 アンプ制御部、44 マッチング制御部、50 記憶部、52 制御テーブル、54 無線回路、58 整合回路、64 可変容量素子、80 通信装置、82 可変利得アンプ、84 パワーアンプ、100 携帯端末装置、ANT アンテナ、FP1,FP2 給電点。

Claims (5)

  1. 携帯端末装置であって、
    筐体の表面または内部に設けられたアンテナと、
    前記筐体の長手方向の両端部にそれぞれ設けられ、電話機能での通話時に使用されるスピーカおよびマイクロホンと、
    前記スピーカの近傍に設けられ、人体頭部の接触または近接を検出することが可能な第1のセンサと、
    前記筐体の短手方向の両端部に設けられ、手および指が接触する位置を検出することが可能な第2のセンサと、
    前記第1および第2のセンサの検出結果に基づいて、前記アンテナの整合状態および前記アンテナから出力する電磁波の送信電力の少なくとも一方を調整する通信制御部とを備える、携帯端末装置。
  2. 前記携帯端末装置を用いて通信する際の前記携帯端末装置の持ち方は複数のパターンに分類され、
    前記携帯端末装置は、前記第1および第2のセンサの検出結果に基づいて、前記複数のパターンのいずれに該当するかを判定する判定部をさらに備え、
    前記通信制御部は、前記判定部によって判定されたパターンに応じて、前記アンテナの整合状態および前記アンテナから出力する電磁波の送信電力を調整する、請求項1に記載の携帯端末装置。
  3. 前記複数のパターンは、
    前記第1のセンサによって人体頭部の接触または近接が検出された場合に該当する第1のパターンと、
    前記第2のセンサによって手および指の接触が検出されない場合に該当する第2のパターンと、
    前記第1および第2のパターンと異なる第3のパターンとを含む、請求項2に記載の携帯端末装置。
  4. 前記通信制御部は、
    前記第1のパターンに該当する場合に、前記第2および第3のパターンのいずれかに該当する場合よりも、前記電磁波の送信電力を小さくし、
    前記第1および第3のパターンのいずれかに該当する場合に、前記第2のセンサによって検出される手および指の接触位置に応じて、前記アンテナの整合状態を調整するように構成される、請求項3に記載の携帯端末装置。
  5. 前記携帯端末装置は複数の前記アンテナを備え、
    前記判定部は、前記第2のセンサの検出結果に基づいて、複数の前記アンテナのうちどのアンテナに手が近接しているかをさらに判定し、
    前記通信制御部は、前記判定部によって手に近接していると判定されたアンテナの整合状態を調整する、請求項2〜4のいずれか1項に記載の携帯端末装置。
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