JP2015511789A - 共有の近接場通信構造体及びセンサ構造体を有する電子機器 - Google Patents

Abstract

電子機器は、センサなどの電気部品を有することができる。センサは、導電性構造体を使用してセンサデータを収集するセンサ回路を有することができる。センサは、導電性構造体を使用して静電容量式タッチセンサ電極を形成するタッチセンサであってもよく、又は指紋電極アレイを有する導電性構造体を使用して指紋センサ信号を処理する指紋センサであってもよい。電子機器には、近接場通信回路を含めることができる。センサモードで動作するときは、センサ回路が、導電性構造体を使用して指紋又はその他のセンサデータを収集することができる。近接場通信モードで動作するときは、近接場通信回路が、導電性構造体を使用して容量性結合又は誘導性結合した近接場通信信号を送受信することができる。指紋センサは、外部装置と通信する光学的構造体を有することができる。

Description

本出願は、この参照によりその全体が本明細書内に組み入れられる、２０１２年３月１日付で出願された、米国特許出願第１３／４０９，６１５号に対して優先権を主張するものである。

本発明は、広くは電子機器に関し、より具体的には、電子機器のセンサ及び通信回路のような入出力回路に関する。

ポータブルコンピュータ及びセルラー電話のような電子機器は、多くの場合、入出力回路を備えている。入出力回路は、センサ回路のような電気的回路及び光学的回路を含むことができる。無線信号を送受信するために無線通信回路を設けることもできる。例えば、電子機器は、セルラー電話回路、無線ローカルエリアネットワーク回路、及び衛星航法システム回路のような無線通信回路を含むことができる。電子機器によっては、外部装置と無線通信するために近接場通信を利用する。

小型フォームファクタの機器に対する消費者の要求を満たすために、メーカーは小型の構造体を使用してセンサ及び無線通信回路のような入出力構成要素を組み入れるべく努力を続けている。センサ及び無線回路のような入出力装置を電子機器内に組み込むときには、課題が発生する場合がある。例えば、無線構成要素は、一般的に機器内の導電性構造体によって遮断されるべきではなく、このことが電子機器の筐体内に無線構成要素を適正に配置することを難しくする場合がある。配慮を怠れば、無線装置及びその他の入出力装置は、望ましい範囲を超えて機器内のスペースを消費する可能性があり、又は望ましくないコスト若しくは複雑性を機器に付加する可能性がある。

したがって、改善された無線回路及びセンサ回路のような改善された入出力回路を提供できることが望ましいであろう。

電子機器は、センサなどの電気部品を有することができる。センサは、センサデータを収集するセンサ回路を有することができる。センサは、導電性構造体を使用して静電容量式タッチセンサ電極を形成するタッチセンサであってもよく、又は指紋電極アレイに関連付けられる導電性構造体を使用して指紋センサ信号を処理する指紋センサであってもよい。タッチセンサ又は指紋センサは、電子機器の前面、電子機器の縁部、電子機器にあるボタン、又は電子機器のその他の部分からセンサデータを収集する導電性電極のアレイを有することができる。指紋センサ又はその他のセンサはまた、１つ以上の光源及び受光器のような光学的構造体を使用して形成することもできる。

電子機器には、近接場通信回路を含めることもできる。フィルタ又はスイッチング回路のような回路を使用して、近接場通信回路及びセンサ回路の両方を共通の導電性構造体に連結することができる。これにより、指紋センサ機能又はタッチセンサ機能のようなセンサ機能と近接場通信機能との間で導電性構造体を共有することが可能となる。

電子機器内の制御回路は、機器を複数のモードで動作させることができる。センサモードで動作するときには、センサ回路が、導電性構造体を使用して指紋データ又はその他のセンサデータを収集することができる。近接場通信モードで動作するときには、近接場通信回路が、導電性構造体を使用して容量性結合又は誘導性結合した近接場通信信号を送受信することができる。

１つ以上の光送信機及び１つ以上の光受信機のような光学的構造体を使用して形成される指紋センサは、指紋データを光学的に収集することができる。電子機器内の制御回路は、指紋センサの光学的構造体を使用して外部装置と通信することができる。

添付の図面及び以下の好適な実施形態の詳細な説明から、本発明の更なる特長、性質、及び様々な利点がより明白となるであろう。

本発明の一実施形態に係る、近接場通信に使用できる構造体を伴うセンサ又はその他の構成要素を有することのできる種類の例示的な電子機器の前方斜視図である。 本発明の一実施形態に係る、外部装置との近接場通信に使用でき、人体又はその他の外部物体を検知するために使用できる構造体を伴うセンサを有する例示的な電子機器を含むシステムの概略図である。 本発明の一実施形態に係る、図１及び２に示す種類の電子機器に使用できる種類の例示的なセンサの図である。 本発明の一実施形態に係る、電極のアレイを囲む円形リング状電極を有するセンサの図である。 本発明の一実施形態に係る、電子機器のボタン内に搭載された図４のセンサのような例示的なセンサの側面断面図である。 本発明の一実施形態に係る、近接場通信に使用できる構造体を有する例示的なセンサを伴う電子機器の縁部部分の図である。 本発明の一実施形態に係る、近接場通信に使用できる構造体を有する別の例示的なセンサを伴う電子機器の縁部部分の図である。 本発明の一実施形態に係る、機器の構造体が、容量性結合による近接場通信を利用して外部装置と通信できる様を示す図である。 本発明の一実施形態に係る、誘導性結合による近接場通信に使用できる例示的な機器の回路及び外部装置の回路の図である。 本発明の一実施形態に係る、機器の回路を、人体の部分のような外部物体を検知するように構成でき、近接場通信を利用して外部装置と無線通信するように構成できる様を示す図である。 本発明の一実施形態に係る、導電性構造体をセンサの一部として及び近接場通信回路の一部として使用することに対応するために電子機器内で使用できる例示的な回路の図である。 本発明の一実施形態に係る、センサ読み取りを行ない、近接場通信動作を実行するように構成することのできるセンサをボタン内に有する電子機器の部分の斜視図である。 本発明の一実施形態に係る、嵌合クレイドルアクセサリ内に挿入されつつある例示的な電子機器の斜視図である。 本発明の一実施形態に係る、図１３のクレイドル内に機器を挿入した後の図１３の電子機器の斜視図である。 本発明の一実施形態に係る、図１３及び１４のクレイドル内に機器を挿入した後の図１３及び１４の電子機器の側面断面図である。 本発明の一実施形態に係る、近接場通信時に、外部装置に対して機器をどのように配向すればよいか示す、例示的な電子機器及びそれに関連付けられる外部装置の側面図である。 本発明の一実施形態に係る、機器及び外部装置が構造体の複数の対を同時に使用して容量性結合による近接場通信に対応できる様を示す、センサ電極構造体及びこれらに対応して容量性結合した外部装置内の構造体の斜視図である。 本発明の一実施形態に係る、容量性結合による近接場通信に使用できる、機器及び外部装置上の重なり合う導電性電極構造体の平面図である。 本発明の一実施形態に係る、外部装置との誘導性結合による近接場通信を実行するためのインダクタを形成するために、センサ構造体をどのように構成すればよいかを示す、電子機器内の例示的なセンサの平面図である。 本発明の一実施形態に係る、外部装置との誘導性結合による近接場通信を実行するために使用できる波形形状の周辺部を有するインダクタを形成するように構成された、例示的なセンサ構造体の平面図である。 本発明の一実施形態に係る、外部装置との誘導性結合による近接場通信に使用できる複数のループを有するインダクタを形成するように構成された、例示的なセンサ構造体の平面図である。 本発明の一実施形態に係る、指紋データをキャプチャするか、あるいはユーザの指又はその他の人体部位のような外部物体を検知するために使用されている指紋センサのような例示的な光センサの側面断面図である。 本発明の一実施形態に係る、外部機器と光学的に通信するために使用されている図２２に示す種類の例示的な光センサの側面断面図である。 本発明の一実施形態に係る、指紋データをキャプチャするか、あるいはユーザの指又はその他の人体部位のような外部物体を検知するために使用されている別の例示的な光センサの側面断面図である。 本発明の一実施形態に係る、外部機器と光学的に通信するために使用されている図２３に示す種類の例示的な光センサの側面断面図である。 本発明の一実施形態に係る、近接場通信を利用して通信するように構成された機器の構造体及びこれに重なる外部装置の構造体の平面図である。 本発明の一実施形態に係る、容量性結合による近接場通信に使用できる機器の１対の電極及びこれに対応する外部装置の１対の特大の電極の平面図である。 本発明の一実施形態に係る、電極のアレイ上の所定の近接場通信信号パターンを使用してアクションをトリガするために必要な例示的なステップのフローチャートである。

図１の電子機器１０のような電子機器は、センサ及びその他の電子部品を備えることができる。これらの構成要素内の構造体は、センサ動作に加えて近接場通信（ＮＦＣ）に対応する、コンデンサ構造体、インダクタ構造体、又はその他の構造体を形成するように構成できる。所望であれば、指紋データ又はその他のセンサデータのキャプチャ、及び外部装置との光通信の実行の両方のために光学的構造体を使用することができる。

電子機器１０は、ポータブル電子機器又はその他の好適な電子機器であり得る。例えば、電子機器１０は、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、腕時計型機器、ペンダント型機器、ヘッドホン型機器、イヤホン型機器、若しくはその他の着用可能な若しくはミニチュア機器などの幾分小さめの機器、セルラー電話、又はメディアプレーヤであってもよい。機器１０はまた、テレビ、セットトップボックス、デスクトップコンピュータ、コンピュータを内蔵するコンピュータ用モニター、又はその他の好適な電子機器であってもよい。

機器１０は、筐体１２のような筐体を含むことができる。ケースと呼ばれることもある筐体１２は、プラスチック、ガラス、セラミックス、繊維複合材、金属（例えばステンレス鋼、アルミニウムなど）、その他の好適な材料、又はこれら材料の組み合わせで形成することができる。一部の状況では、筐体１２の一部は、誘電体又は他の低導電性材料から形成することができる。その他の状況では、筐体１２又は筐体１２を構成する構造体の少なくとも一部を金属元素から形成することができる。

所望であれば、機器１０はディスプレイ１４のようなディスプレイを有することができる。ディスプレイ１４は、例えば容量性タッチ電極を組み込んだタッチスクリーンであってもよい。ディスプレイ１４は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）、プラズマセル、エレクトロウェッティングピクセル、電気泳動ピクセル、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の構成要素、又はその他の好適な画像ピクセル構造体から形成される、画像ピクセルを含むことができる。透明なガラス又はプラスチックの層のようなカバー層で、ディスプレイ１４の表面を覆うことができる。ボタン１９のようなボタンが、ディスプレイカバー層にある開口部を貫通することができる。ディスプレイカバー層はまた、スピーカポート２６のための開口部のような他の開口部を有することもできる。

ディスプレイ１４は、アクティブ領域及び非アクティブ領域を有することができる。例えば、ディスプレイ１４は、中央の矩形領域１７のようなアクティブ領域を有することができる。アクティブ領域１７は矩形の周縁１３によって境界を定めることができ、矩形リング状の非アクティブ領域１５のような非アクティブ領域によって囲むことができる。アクティブ領域１７は、機器１０のユーザに対して画像を表示するアクティブ表示ピクセルを包含することができる。非アクティブ領域１５は、アクティブ画像ピクセルを有しなくてもよい。機器１０のユーザの目から機器１０の内部構成要素を隠すのを補助するために、領域１５においてディスプレイ１４のディスプレイカバー層の下面側に不透明なマスキング層を設けることができる。所望であれば、ディスプレイ１４は、ボーダレスな設計を使用して、並びに／又は機器１０の側壁及び／若しくはその他の表面の一部若しくは全体を覆うディスプレイ構造体を使用して具体化することができる。図１の構成は、単なる例示である。

筐体１２は、開口部２１、２３、及び２５のような開口部を有することができる。開口部２３のような開口部は、入出力ポート（例えば、ユニバーサルシリアルバスのコネクタ、３０ピンデータコネクタ、５〜１０個のコンタクトを有するデータコネクタ、オーディオジャックコネクタ、ビデオコネクタ、又はその他のコネクタなどのアナログコネクタ及び／又はデジタルコネクタを受容するポート）を形成するために使用することができる。開口部２１及び２５のような開口部は、オーディオ部品のような電気部品又はその他の電気装置を収容するために使用することができる。例えば、開口部２１はマイクロホンポートを形成することができ、開口部２５はスピーカポートを形成することができる。他の側壁部分のような筐体１２の他の部分又は機器１２の前部の平らな表面若しくは後部の平らな表面の他の部分もまた、構成要素を収容するための構造体を備えることができる。

機器１０は、前面（例えば、図１の例のディスプレイ１４によって覆われている前部表面）、反対側の背面（例えば、筐体１２の後ろ側筐体壁）、及び筐体１２の（例として）側壁構造体１６のような側壁構造体を有することができる。機器１０のセンサは、ボタン１９のような構成要素内に組み込むことができ、機器１０の前面の非アクティブエリア１５内の領域２７のような部分、アクティブエリア１７の一部、領域２９のような側壁エリア、機器１０の後ろ側、又は機器１０のその他の好適な部分の上に形成することができる。

センサは、一般的に、信号の送受信のために使用することができる。センサの例としては、光学的センサ（例えば、周辺光センサ、光式近接センサ、光式指紋センサなど）、タッチセンサ（例えば、容量性電極に基づいたタッチセンサ、音響信号に基づいたタッチセンサ、力覚センサに基づいたタッチセンサ、光に基づいたタッチセンサなど）、熱センサ、及び音響センサが挙げられる。これらのセンサは、近接場通信に対応するためのコンデンサ構造体及び／又はインダクタ構造体を形成するために使用できる導電性構造体のような構造体を有することができる。これらのセンサはまた、検知機能の実行及び外部装置との無線通信の両方に使用できる光学部品を含むこともできる。

電子機器１０に使用できる例示的な構成の概略図を図２に示す。図２に示すように、電子機器１０は、（例えば、近接場通信及び／又は光通信及び／又はその他の無線通信の構成を使用して）外部装置１３０と無線通信することができる。ユーザは、指若しくはその他の人体部位又は外部の物体（例えば人体１３８）を使用して機器１０にユーザ入力を供給することができる。例えば、ユーザの指を使用して機器１０にタッチコマンド又は指紋を供給して、機器１０の動作を制御することができる。

図２に示すとおり、電子機器１０は記憶及び処理回路２８を含むことができる。記憶及び処理回路２８に、ハードディスクドライブ記憶装置などの記憶域、非揮発性メモリ（例えば、フラッシュメモリ、又はソリッドステートドライブを形成するために構成された他の電気的にプログラムできる読み出し専用メモリ）、揮発性メモリ（例えば、静的又は動的ランダムアクセスメモリ）などを含めることもできる。記憶及び処理回路２８内の処理回路を使用して、機器１０の動作を制御することができる。処理回路は、１つ以上のマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ、ベースバンドプロセッサ、電力管理ユニット、音声コーデックチップ、特定用途向け集積回路などに基づくことができる。

記憶及び処理回路２８を使用して、機器１０上で、インターネット閲覧アプリケーション、ボイスオーバー・インターネット・プロトコル（ＶＯＩＰ）通話アプリケーション、電子メールアプリケーション、メディア再生アプリケーション、オペレーティングシステム機能などのソフトウェアを実行することができる。外部機器との相互作用に対応するように、通信プロトコルを実施するために記憶及び処理回路２８を使用してもよい。記憶及び処理回路２８を使用して実施できる通信プロトコルとしては、インターネットプロトコル、無線ローカルエリアネットワークプロトコル（例えばＩＥＥＥ ８０２．１１プロトコル（ＷｉＦｉ（登録商標）と呼ぶこともある））、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）プロトコルのようなその他の近距離無線リンク用プロトコル、セルラー電話プロトコル、近接場通信プロトコルなどが挙げられる。

回路２８は、センサの動作を制御し、センサデータ及びその他の入力に基づいて適したアクションをとるように構成できる。例えば、回路２８は、指紋センサ、タッチセンサ、又はその他のセンサ部品から入力を収集することができ、収集したこの入力を機器１０の動作を制御するために使用することができる。

機器１０にデータを供給することを可能とし、機器１０から外部機器にデータを供給することを可能とするために、入出力回路３０を使用することができる。入出力回路３０は、入出力装置３２を含むことができる。入出力装置３２は、タッチスクリーン、ボタン、ジョイスティック、クリックホイール、スクロールホイール、タッチパッド、キーパッド、キーボード、マイクロホン、スピーカ、音源、バイブレータ、カメラ、指紋センサ用センサ回路４４、タッチセンサ（例えば、タッチスクリーン内のタッチセンサ又はディスプレイから分離したタッチセンサ）、周囲光センサ、光式近接センサ、静電容量式近接センサ、熱センサ、加速度計、及びその他のセンサ、発光ダイオード及びその他の状態インジケータ、データポートなどを含むことができる。ユーザは入出力装置３２を介してコマンドを供給することにより機器１０の動作を制御することができ、入出力装置３２の出力リソースを使用して機器１０から状態情報及びその他の出力を受け取ることができる。

無線通信回路３４は、１つ以上の集積回路から形成される高周波（ＲＦ）送受信機回路、電力増幅器回路、低雑音入力増幅器、パッシブＲＦ部品、１つ以上のアンテナ、及び無線信号を処理するためのその他の回路を含むことができる。無線信号はまた、光線を使用して送信することもできる（例えば、赤外線通信）。

無線通信回路３４は、（例えば１５７５ＭＨｚの衛星測位信号を受信するための）全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機回路３５などの衛星航法システム受信回路又はその他の衛星航法システムに関連付けられる衛星航法システム受信回路を含むことができる。送受信機回路３６は、ＷｉＦｉ（登録商標）（ＩＥＥＥ ８０２．１１）通信用の２．４ＧＨｚ帯域及び５ＧＨｚ帯域を処理することができ、２．４ＧＨｚのＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）通信帯域を処理することができ、対象となるその他の無線ローカルエリアネットワーク通信帯域（例えば、ＩＥＥＥ ８０２．１１ａｄ通信に関連付けられる６０ＧＨｚの信号）を処理することができる。回路３４は、約７００ＭＨｚ〜約２７００ＭＨｚの周波数範囲の帯域又はより高い若しくはより低い周波数帯域のようなセルラー電話帯域での無線通信を処理するために、セルラー電話送受信機回路３８を使用することができる。所望であれば、無線通信回路３４は、その他の近距離及び遠距離無線リンク用の回路を含むことができる。例えば、無線通信回路３４は、ラジオ及びテレビの信号を受信するための無線回路、ページング回路などを含むことができる。送受信機回路２４は、（例えば容量性結合した近接場通信構造体又は誘導性の近接場通信構造体を使用して）近接場通信動作を実行するために使用することができる。また、光信号を送受信するために（例えば、隣接した外部装置との光リンクを確立するために）、送受信機回路２４のような送受信機回路を使用することもできる。

ＷｉＦｉ（登録商標）リンク及びＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）リンク並びにその他の短距離無線リンクでは、無線信号は通常、数十フィートから数百フィートにわたってデータを伝達するために使用される。セルラー電話リンク及びその他の遠距離リンクでは、無線信号は通常、数千フィート又は数マイルにわたってデータを伝達するために使用される。近接場通信方式では、無線信号は通常、（例として）１ｍ以下、１００ｃｍ以下、１０ｃｍ以下又は１ｃｍ以下の距離にわたって伝達され、それよりも遠距離にわたっては伝達されない。

無線通信回路３４は、１つ以上のアンテナ４０を含み得る。任意の好適な種類のアンテナを使用してアンテナ４０を形成することができる。例えば、アンテナ４０としては、ループアンテナ構造体、パッチアンテナ構造体、逆Ｆアンテナ構造体、クローズド及びオープンスロットアンテナ構造体、平板逆Ｆアンテナ構造体、ヘリカルアンテナ構造体、ストリップアンテナ、モノポール、ダイポール、これらの設計の混成などから形成される共振素子を有するアンテナを挙げることができる。異なる帯域及び帯域の組み合わせにそれぞれ異なる種類のアンテナを使用することもできる。例えば、１種類のアンテナをローカル無線リンクアンテナの形成に使用し、別の種類のアンテナをリモート無線リンクの形成に使用してもよい。

容量性結合した近接場通信構造体及び／又は誘導性結合した近接場通信構造体を使用した近接場通信に対応するために、機器１０は、コンデンサ構造体（例えばコンデンサ電極）、インダクタ構造体（例えば１つ以上のループ状の導電体）、及びその他の導電性構造体を含むことができる。所望であれば、これら構造体のうちの幾つか又は全てをセンサ回路４４内のセンサ構造体と共有することができる。例えば、指紋センサ又はタッチセンサ内の電極のようなセンサ回路４４内の導電性構造体のうちの幾つかを使用して、近接場通信送受信機回路２４を使用した近接場通信用のコンデンサ電極及び／又はインダクタを形成することができる。

例として、指紋センサ内の導電性構造体を使用して近接場通信構造体を形成することができる。近接場通信構造体として機能する電極を有することのできる種類の例示的な指紋センサを図３に示す。図３に示すように、センサ回路２１４は、電極構造体２０２を含むことができる。電極構造体２０２は、電極２０６のような電極のアレイ（例えば１次元アレイ）を囲む電極２０４のようなリング状電極を含むことができる。電極２０６は、それぞれの信号線２０８を使用してセンサ回路２００に連結することができる。

センサ回路２００は、信号源２１０のような信号源を含むことができる。動作時には、ユーザは、電極２０４及び電極２０６のアレイ２０６Ａを横切るように指をスワイプすることができる（例えば、ユーザは、電極２０４及び２０６にわたって下方に指先を動かすことができる）。指によるスワイプ時に、信号源２１０は、電極２０４に交流信号（例えば１〜５ＭＨｚ又はその他の好適な周波数の信号）を駆動することができる。この駆動信号は、ユーザの指が電極２０４の上に置かれているとき（即ち、ユーザの指が電極２０４のうちの少なくとも一部と接触することにより、あるいは電極２０４とユーザの指とが空隙又はプラスチック、ガラス、若しくはその他の誘電体の層によって分離されているシナリオでは、指が電極２０４に極めて近接することにより）、電極２０４からユーザの指に結合することができる。それぞれの電極２０６とセンサ回路２００内の対応するセンサ回路との間に各信号線２０８を連結することができる。ユーザの指から電極２０６の各々に結合される駆動信号の大きさは、線２０８上の信号を監視することによって測定することができる。指紋の隆線が電極２０６の上を通過するとき、指から電極２０６に異なる量の信号が結合される。センサ構造体２０２内に十分に稠密な（例えば、１個以上／ｍｍ、１０個以上／ｍｍ、又は１００個以上／ｍｍの）電極２０６のアレイ２０６Ａを設けることにより、センサ回路２１４を、ユーザの指紋のデジタル表現をキャプチャするために使用することができる。

所望であれば、２次元アレイの電極を使用して機器１０の指紋センサを形成してもよい。例として、図４の例示的なセンサ回路２１４について検討する。図４に示すように、センサ回路２１４は、外側リング電極２０４及び電極２０６の２次元アレイ２０６Ａのような電極構造体２０２を含むことができる。例として、アレイ２０６Ａは、９０〜１００行及び９０〜１００列の電極２０６を含むことができる。所望であれば、センサ回路２１４に、他の電極数及び他のアレイ形状を使用することもできる。例えば、アレイ２０６Ａは、１００個以上の電極２０６、５００個以上の電極２０６、１０００個以上の電極２０６、５０００個以上の電極、又はその他の好適な数の電極を含むことができる。外側電極２０４は、円形、楕円形、矩形環形、又はその他の好適な形状（例えば他のリング形状若しくはリング以外の形状）を有することができる。

所望であれば、図３及び４のセンサのようなセンサを、ボタン１９のような機器１０の部品、領域２７又はアクティブ領域１７の一部のようなディスプレイ１４の部分、領域２９のような機器１０の縁部部分などに組み込むことができる。図４の例では、指紋センサは、ボタン１９の一部として形成されている。

図５は、指紋センサ回路２１４が内部に形成されている、図４のボタン１９のようなボタンの側面断面図である。図５に示すように、ボタン１９は、ボタン部材２１８のようなボタン部材から形成することができる。ボタン部材２１８は、ディスプレイ１４のディスプレイカバー層２１６の開口部内に受容されることができ、垂直方向の寸法２３０内で上下に動くことができる。ボタン部材２１８は、押下されると、支持構造体２２６上のドームスイッチ２２８を圧縮し、これによりスイッチ２２８を閉じることができる。ドームスイッチ２２８又はその他の付勢構造体は、解放されると、ボタン部材２１８をその本来の位置に向けて動くように押し上げることができる。制御回路２８（図２）は、スイッチ２２８が閉じたとき及びスイッチ２２８が開いたときを検知することができ、好適なアクションをとることができる。

指紋センサ２１４は、電極２０６のアレイ２０６Ａのようなセンサ電極のアレイを含むことができる。アレイ２０６Ａは、例えば、図４のアレイ２０６Ａのような矩形のアレイであってもよい。リング状電極２０４は、円形リング又は電極アレイ２０６Ａを囲むその他の好適な形状のリングであってもよい。

電極２０４及び２０６は、基板２２０のような基板（例えば、プラスチック基板、ポリイミドのシート若しくはその他のポリマー層から形成されたフレキシブルプリント回路、又は剛性のプリント回路基板のようなプリント回路、又はガラス若しくはセラミックのようなその他誘電体）上に形成することができる。部材２１８は、ガラス、プラスチック、セラミック、又はその他の好適な誘電性材料から形成することができる。基板２２０は、部材２１８の下面側に取り付けることができ、部材２１８内に（例えば、他の層と層の間に基板２２０を積層することにより、インサート成形を使用して、又は他の好適な製造技術を利用して）埋設することができる。導電性トレース２０８を使用して、信号を電極からセンサ回路２００のような関連付けられるセンサ回路に（例えば、電線ケーブルを介し、ケーブル２２４のようなフレキシブルプリント回路ケーブルを使用するなどして）経路指定することができる。

所望であれば、縁部部分２９（図１）のような機器１０の縁部部分に、指紋センサ又は静電容量式タッチセンサ用のセンサ電極のアレイを形成することができる。図６は、機器１０の筐体１２の縁部部分の斜視図であり、縁部部分２９のような機器１０の縁部に沿って電極２０６’を２行以上及び２列以上に形成することのできる様を示している。図６の電極２０６’を使用して形成したセンサを、ユーザの指紋をキャプチャするため、及び／又は機器１０の動作を制御するためのユーザ入力を受け取るタッチセンサ（例えば、機器１０にディスプレイ１４上の内容をスクロールするように指示するコマンドを受信するタッチセンサ、ジェスチャ入力を受け取るタッチセンサ、又はその他の好適なタッチセンサ）として機能するために使用することができる。

図７の例示的な構成では、電極２０６’は、機器１０の縁部に平行に延びる１次元アレイを形成するように構成されている。所望であれば、図６及び７の電極２０６’を、図３及び４の電極構造体２０２と同様に、指紋センサのようなセンサを形成するように構成できる。電極２０６’、２０６、及び２０４のような電極はまた、静電容量式タッチセンサ電極を形成するように構成することもできる。例えば、ボタン１９、非アクティブ表示エリア１５の領域２７、アクティブ領域１７、縁部領域２９、又は機器１０のその他の領域のような機器１０の領域内の電極は、ユーザのジェスチャ又はその他のタッチコマンドを検出するタッチセンサを形成することができる。（タッチセンサ及び／又は指紋センサ用の）電極は、金属、インジウムスズ酸化物若しくはその他の透明な導電性材料のような導電性材料、又はその他の好適な材料から形成することができる。

機器１０の近接場通信は、容量性結合した近接場通信構造体及び／又は誘導性結合した近接場通信構造体を使用して対応することができる。

外部装置１３０と通信するために機器１０が使用することのできる例示的な容量性結合による近接場通信の構成を図８に示す。図８に示すように、機器１０は、電極２３０及び２３２のようなコンデンサ電極を有することができる。媒介物２４２は、人体若しくは人体の一部、空気若しくはその他の誘電体、導電性物質、又は機器１０と外部装置１３０との間に介在するその他の物質であってよい。外部装置は、電極２４４及び２４６のようなコンデンサ電極を有することができる。電極２３０及び２４６のような電極は、仮想短絡を介して結合することができる。機器１０から装置１３０への送信時には、電極２３２が媒介物２４２の隣接部分に電荷の変化を誘起し、この結果、これに対応する電荷の変化が、媒介物２４２の反対側及び電極２４４に誘起される。装置１３０から機器１０への送信時には、電極２４４が媒介物２４２の電極２４４に隣接した部分で電荷の変化を誘起することができ、この結果、電極２３２上の信号に同様の変化が起こる。

近接場送受信機回路（例えば図２の送受信機回路２４）は、送信機２３４のような近接場送信機及び近接場受信機２３６のような近接場受信機を含むことができる。送信機２３４は、出力経路２３８及び２４０にそれぞれ差動出力信号を供給することができる。これら出力信号は、コンデンサ電極２３０及び２３２に供給することができる。信号受信動作時には、差動受信機２３６によって、経路２３８及び２４０上でコンデンサ電極２３０及び２３２からの信号を受信することができる。

外部装置１３０は、経路２５２及び２５４を介して電極２４４及び２４６に出力信号をそれぞれ駆動する送信機２４８のような送信機を含み、経路２５２及び２５４を介して電極２４４及び２４６から信号をそれぞれ受信する受信機２５０のような受信機を含む、近接場送受信機回路１３４を有することができる。

動作時には、機器１０内の近接場送信機からの容量性結合した信号が、媒介物２４２を通って外部装置１３０内の近接場受信機に達することができる。外部装置１３０から機器１０に信号を伝達したいときには、外部装置１３０内の近接場送信機が媒介物２４２を通過する信号を機器１０内の近接場受信機に送信することができる。自由空間における近接場結合のシナリオでは、媒介物２４２は、主に空気で構成されていてもよい。人体を介して結合した通信のシナリオでは、媒介物２４２は、ユーザの人体の全体又は一部であってもよい。

電極２３２及び２３０のような機器１０内の電極は、機器の構成要素内の導電性構造体から形成することができる。例えば、機器１０内の１つ以上のコンデンサ電極は、タッチセンサ、指紋センサ、又はその他のセンサ回路内の電極で構成できる。図８に示す種類の構成内の近接場通信用容量性結合構造体として使用されるタッチセンサ電極は、例えば、タッチセンサ内の１つ以上の静電容量式タッチセンサ電極（例えば、機器１０の縁部上のタッチセンサ内の電極２０６’、ディスプレイ１４のタッチセンサ電極、トラックパッド若しくはその他のタッチ感知装置上のタッチセンサ電極などを参照）、指紋センサ内の１つ以上のセンサ電極（例えば、電極２０６及び２０４のような１つ以上の電極）、又はその他の電極構造体であってもよい。外部装置１３０は、電子アクセサリ、ＰＯＳ端末、コンピュータ、又はその他の外部装置であってもよい。コンデンサ電極２４４及び２４６は、金属板又はその他の好適な導電性構造体から形成することができる。所望であれば、電極２３０、２３２、２４４、及び２４６の形状は、容量性結合を強化するように構成できる。例えば、電極２４４は、電極２３２に使用されるリング形状に一致するリング形状を有するように構成できる。

外部装置１３０と通信するために機器１０が使用することのできる例示的な誘導性結合による近接場通信の構成を図９に示す。図９に示すように、機器１０は、インダクタ２６０のような誘導性構造体を有することができる。インダクタ２６０は、経路２３８及び２４０にそれぞれ連結している１対の端子を有することができる。インダクタ２６０を使用して、空気（又は他の媒体）を介して無線信号を伝達することができる。送信時には、外部装置１３０内のインダクタ２６２により、インダクタ２６０からの信号を受信することができる。外部装置１３０がインダクタ２６２を用いて無線信号を送信しているときには、機器１０内のインダクタ２６０を使用して、送信信号を受信することができる。

機器１０内の近接場送受信機回路２４は、送信機２３４のような近接場送信機及び近接場受信機２３６のような近接場受信機を含むことができる。送信機２３４は、出力経路２３８及び２４０にそれぞれ差動出力信号を供給することができる。これらの出力信号をインダクタ２６０の端子に供給することができる。信号受信動作時には、差動受信機２３６によって、経路２３８及び２４０上でインダクタ２６０からの信号を受信することができる。

外部装置１３０は、経路２５２及び２５４を介してインダクタ２６２を通じて出力信号をそれぞれ駆動する送信機２４８のような送信機を含み、経路２５２及び２５４を介してインダクタ２６２から信号をそれぞれ受信する受信機２５０のような受信機を含む、近接場送信機回路を有することができる。

動作時には、機器１０内の近接場送信機からの誘導性結合した信号を、外部装置１３０内の近接場受信機に無線で伝達することができる。外部装置１３０から機器１０に信号を伝達したいときには、外部装置１３０内の近接場送信機がインダクタ２６２を使用して信号を送信することができ、機器１０内のインダクタ２６０がこれらの信号を受信する。

機器１０内のインダクタ２６０のような誘導性構造体は、機器の構成要素内の導電性構造体から形成することができる。例えば、機器１０内の１つ以上の誘導性構造体（例えばインダクタ２６０）は、タッチセンサ、指紋センサ、又はその他のセンサ回路内の導電性構造体で構成できる。図９に示す種類の構成内で近接場通信用誘導性結合構造体として使用されるタッチセンサ電極は、例えば、タッチセンサ内の１つ以上のタッチセンサ電極、指紋センサ内の１つ以上のセンサ電極、又はその他の電極構造体であってもよい。導電性構造体が十分なインダクタンスを確実に呈するために、導電性構造体は、導電性のループ（例えば導電線の１巻き以上のループ）を形成するように構成できる。図９の外部装置１３０は、電子アクセサリ、ＰＯＳ端末、コンピュータ、又はその他の外部装置であってもよい。

図１０は、機器１０が、近接場通信要素（例えば、電極２３０及び／若しくは電極２３２のようなコンデンサ極板、又はそのような導電性のコンデンサ構造体の部分）及び誘導性要素（例えば、インダクタ２６０又はインダクタ２６０の一部）、並びにセンサの構成要素のような電子部品の要素（例えば、指紋センサ内の電極、タッチセンサ内の電極など）の両方として使用されるセンサ／ＮＦＣ構造体２２のような構造体を有することのできる様を示す図である。図１０に示すように、機器１０は、センサ／ＮＦＣ構造体２２を使用してユーザの指（図１０の指１３８）のような外部物体から入力を受け取ることができ、近接場通信を利用して外部装置と無線通信することができる（例えば、無線信号１２８を参照）。この種の構成では、センサ回路４４及び近接場送受信機２４は、機器１０内の構造体２２を共有することができ、部品点数を削減すると共に近接場通信構造体２２が機器１０上に適切に配置されていることを（即ち、近接場通信構造体が導電性の筐体又は導電性の機器構造体の部分によって遮断されないように）確実にするのに役立ち得る。

機器１０はセルラー電話、タブレットコンピュータ、ラップトップコンピュータ、デスクトップコンピュータ、腕時計型機器若しくはその他の小型若しくは着用可能な機器、ハンドヘルド装置若しくはその他のポータブル機器、又はその他好適な電子装置であってもよい。外部装置１３０は、ピア装置（例えば、別のユーザが操作している機器１０などの機器）、機器のアクセサリ（例えば、機器１０を受容することのできるクレイドル、ヘッドホン又はその他のオーディオ用アクセサリなど）、無線による支払い及びその他の無線による取引を処理するための近接場通信ＰＯＳ端末、セキュリティ装置（例えばドア開閉装置、バッジ読み取り装置など）に関連付けられる近接場通信読み取り装置、（例えばセキュリティのための）近接場通信機能を有するコンピュータ、キオスク、製品若しくはサービスの自動販売機に組み込まれた装置、自動車内の装置、又はその他の外部装置であってもよい。

通常のシステム環境において、機器１０は、ときには１種類の近接場通信装置と通信することができ、他の場合には１つ以上の他の種類の近接場通信装置と通信することができる。例えば、機器１０のユーザは、無線による支払いを行いたいときには機器１０をＰＯＳ端末の近くに置くことができ、建物へのアクセスを得たいときには機器１０をドアロックの近くに置くことができ、コンピュータシステムに対して認証したいときには機器１０をセキュリティカード読み取り装置の近くに置くことができ、近接場通信を利用してオーディオ機器と通信させたいときには機器１０をオーディオ機器の近くに置くことができる。

図１０に示すように、電子機器１０及び外部装置１３０は、制御回路２８及び１３６をそれぞれ含むことができる。制御回路２８及び１３６は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ、特定用途向け集積回路、揮発性及び不揮発性メモリのような記憶装置（例えば、ハードドライブ、ソリッドステートドライブ、ランダムアクセスメモリなど）、並びにその他の記憶装置及び処理回路を含むことができる。

機器１０及び外部装置１３０はまた、それぞれ送受信機回路２４及び１３４のような送受信機回路を含むことができる。送受信機回路２４及び１３４は、１つ以上の高周波送信機、１つ以上の高周波受信機、送信機及び受信機の両方、又は近接場通信用の高周波信号を発生させるその他の好適な通信回路（例えば、ＮＦＣ通信帯域の１３．５６ＭＨｚ又はその他の好適な周波数で動作可能な送受信機回路）を含むことができる。

例示的な一構成では、機器１０は送信機を含んでおり（即ち、送受信機２４は送信機であってもよく）、装置１３０はこれに対応する受信機を含んでいる（即ち、送受信機１３４は受信機であってもよい）。この種の構成は、機器１０と外部装置１３０との間の一方向性近接場通信に対応するために使用することができる。所望であれば、双方向性近接場通信に対応することもできる。例えば、送受信機２４が送信機及び受信機を含むことができ、送受信機回路１３４が送信機及び受信機を含むことができる。一般的に、無線近接場通信信号１２８は、機器１０から装置１３０へ、装置１３０から機器１０へ、又は機器１０から装置１３０へ及び装置１３０から機器１０への両方向に通信することができる。

機器１０は、構造体２２を含むことができる。構造体２２は、近接場通信要素（例えばコンデンサ及び／若しくはインダクタ）としても、並びに指紋センサ、タッチセンサ、又はその他の電気部品内の電極としても構成された構造体を含むことができる。構造体１３２は、近接場通信を利用して構造体２２と通信するように構成されたコンデンサ又はインダクタのような近接場通信構造体を含むことができる。

要素２２及び１３２の構造体は、近接場結合した高周波電磁場を送信及び／又は受信することができる。センサとして使用されるとき、構造体２２及びセンサ回路４４は、指１３８から指紋をキャプチャするために、又は指１３８若しくはその他の外部物体からのタッチ入力を収集するために使用することができる。

近接場送受信機２４のような近接場通信回路と追加部品に関連付けられるセンサ回路４４のような回路との間でセンサ／ＮＦＣ導電性構造体２２を共有するために使用できる例示的な構成を、図１１に示す。図１１に示すように、機器１０は、近接場通信に使用するため（例えば、誘導性近接場通信要素又は容量性近接場通信要素として機能するために）及びセンサのような電子部品の一部として使用するための構造体２２を含むことができる。構造体２２は、誘導性構造体（例えば、１つ以上のインダクタを形成するループ状の導電体としてパターン化された電極）、コンデンサ構造体（例えば、１つ以上のコンデンサ電極）、又はその他の近接場通信構造体（例えば、近接場通信アンテナ構造体）に基づくことができる。端子４６が構造体２２の第１の端子を形成することができ、端子４８が構造体２２の第２の端子を形成することができる。

回路１２４は、近接場通信送受信機回路２４のような送受信機回路を含むことができる。送受信機回路２４は、無線による支払い情報、メディアデータ、（例えば、機器１０がオーディオ若しくはビデオ用アクセサリとペアリングされているときの）ストリーミングデータ、（例えば、機器１０が自動車内のオーディオ装置とペアリングされているときの）電話発呼に関連付けられる音声及びデータ、セキュリティカード情報、無線鎖錠情報、又はその他の情報を送信するために使用することができる。回路１２４はまた、センサ回路４４のような他の回路（即ち、ＮＦＣ以外の回路）をも含むことができる。センサ回路４４は、指紋センサ、他のユーザのタッチ入力を収集するためのタッチセンサアレイ、静電容量式ボタン、又はその他の静電容量式センサに関連付けることができる。

回路２４及び４４は、１つ以上の集積回路を使用して実装することができる。例えば、回路２４、回路４４、及び制御回路２８内の１つ以上の集積回路は、別個の集積回路を使用して実装することができる。所望であれば、回路２４及び回路４４（並びに必要に応じて制御回路２８内の１つ以上の制御回路）は、共通の集積回路を使用して実装することができる。

回路４０は、近接場通信送受信機２４及びセンサ回路４４のような複数の回路を共有の構造体２２に連結するために使用することができる。例えば、回路４０は、回路２４及び４４が同時に動作することを可能とする受動カプラであってもよい。この種の構成では、周波数に基づいた多重化を使用して構造体２２の共有に適応することができる。例として、近接場通信送受信機２４を１３．５６ＭＨｚのような第１の高周波数で動作するように構成でき、センサ回路４４を（例として）約１〜３ＭＨｚ、１〜１０ＭＨｚの範囲、１０ＭＨｚ未満の周波数、又はその他の好適な周波数のような第２の高周波数で動作するように構成できる。この種の構成では、回路４０は、それぞれの周波数に基づいて構造体２２、２４、及び４４間で信号を経路指定する周波数に基づいた多重化フィルタを形成するように構成できる。

所望であれば、回路４０は、制御回路２８から受信した制御信号に応じて回路２４又は回路４４の何れかを端子４６及び４８に選択的に連結するスイッチング回路を使用して実装することができる。この種の構成は、制御回路２８が、近接場通信送受信機２４が構造体２２を使用して近接場通信信号を送受信することができるように回路４０を構成するか、又はセンサ回路４４が構造体２２を使用して静電容量式センサ信号を（例えば、指紋センサ、タッチ式ボタン、トラックパッド若しくはタッチスクリーン用のタッチセンサアレイ、又はその他のタッチセンサから）収集することができるように回路４０を構成することを可能とする。

所望であれば、この種のスイッチング回路構成を使用して３つ以上の送信機を近接場通信要素に選択的に連結することができる。

経路５０を使用して制御回路２８とスイッチング回路４０との間で１つ以上の制御信号を伝達することができる。ＮＦＣ送受信機２４を用いてＮＦＣ信号を送受信したい場合、制御回路２８が、スイッチング回路４０に対して近接場通信（ＮＦＣ）モードで動作するように指示する制御信号を制御経路５０を介してスイッチング回路４０に供給することができる。ＮＦＣモードでは、ＮＦＣ送受信機２４を構造体２２に連結することができ、ＮＦＣ信号（例えば、無線による支払い、無線データ同期、セキュリティアプリケーション、無線鎖錠機能などのための無線ＮＦＣデータ）を外部装置（例えば、無線ＰＯＳ端末など）に伝達するために使用することができる。構造体２２とセンサ回路４４との間で静電容量式センサ信号を伝達したい場合は、制御回路２８が、スイッチング回路４０に対してセンサモード（例えば、指紋センサモード、タッチセンサモードなど）で動作するように指示する制御信号を経路５０を介してスイッチング回路４０に供給することができる。スイッチング回路４０をセンサ設定に置いた後、センサ回路４４を使用して構造体２２からの（例えば、指紋をキャプチャし、タッチコマンドを収集などするための）センサ信号を処理することができる。近接場通信及びセンサ機能の両方に構造体２２を使用することができるので、機器１０内でのこれらの動作への対応に関連付けられるハードウェアリソースを最小限に抑えることができる。また、近接場通信とセンサ機能との間で構造体２２を共有することにより、導電性の構造体２２を機器１０内で利用可能な潜在的に小さな容積内の適切な場所に搭載することが容易になる場合がある。

所望であれば、構造体２２は、機器１０のボタン１９のようなボタンの中に統合することができる。この種の構成を図１２に示す。図１２に示すように、ユーザは、機器１０の使用時にボタン１９の上に指１３８のような指を置くことができる。機器１０は、ボタン１９の下のスイッチを使用してボタンの押圧を検出することができる。機器１０は、ボタン１９内のセンサ回路４４及び構造体２２を使用して指紋（又はその他の静電容量式センサのデータ）をキャプチャすることができる。近接場通信用の送受信機回路２４を使用したい場合は、ボタン１９内の構造体２２を使用して近接場通信を送受信することができる。

機器１０が図１３の例示的なアクセサリ１３０のような外部装置に嵌合されると、機器１０は、領域２７、領域２９、ボタン１９、又は機器１０内のその他の部分の中に統合された構造体２２を使用して相手方の近接場通信構造体（例えば、図１０の構造体１３２及び回路１３４）と通信することができる。アクセサリ１３０は、例えば、開口部３００のような開口部を有するクレイドルなどの外部装置であってもよい。クレイドル１３０は、独立型の筐体を使用して具体化してもよく、又は自動車用システム、ステレオシステム、テレビ、又はその他の装置の中に組み込んでもよい。

図１３に示す構成では、機器１０はまだ開口部３００の中に挿入されていない。図１４に示す構成では、機器１０はアクセサリ１３０に嵌合されている。具体的には、機器１０は開口部３００の中に挿入されているので、開口部３００の側壁が機器の筐体１２の下端部を囲んでおり、機器１０をアクセサリ１３０上の定位置に保持している。図１５の側面断面図に示すように、これにより、機器１０内の構造体２２（例えば、ボタン１９内の構造体２２及び／又はタッチスクリーン若しくはディスプレイの非アクティブ部分の上の領域２７のような領域）と装置１３０内の近接場通信構造体１３２との間で無線近接場通信信号を伝達することが可能となる。

図１６は、構造体２２が外部装置１３０内の構造体１３２に面するように機器１０を（例えば、ユーザが手で又は支持構造体を使用して）適所に保持できる様を示している。図１６に示す種類の構成では、外部装置１３０は、ピア装置（例えば、機器１０のような別の機器）であってもよく、ＰＯＳ端末のような外部装置であってもよく、コンピュータの一部であってもよく、自動車内の組込みシステムの一部であってもよく、オーディオ装置若しくはビデオ装置であってもよく、又はその他任意の好適な外部機器であってもよい。

構造体２２は、パターン化された導電性構造体を含むことができる。例えば、構造体２２は、電極の行及び列からなるアレイを有することができる。（例えば指紋センサ内には）数十個若しくは数百個の個別の電極が存在することができ、又は（例えばタッチ式ボタン若しくはタッチセンサ内には）より少ない数の電極が存在することができる。非常に多くの個別の電極を有する構成では、近接場通信動作中に、（例えば、各々が相互に短絡された多数の小さな電極で構成されている１つ以上の大きな電極を形成するために）電極のクラスタ（例えば、電極の複数の行及び複数の列を含むサブアレイ）を相互に電気的に結合することができる。

構造体２２内で複数の電極が利用可能な場合（例えば、小さな電極の複数のクラスタ及び／又は複数の個別の電極が利用可能な場合）、（例えば、スループット及び／又は信頼性を向上させるために）これら電極を同時に使用して容量性結合による近接場通信に対応することができる。この種の方式を図１７に図示する。図１７に示すように、構造体２２は、電極２２−１及び２２−２のような複数の電極を含むことができる。電極１３２−１及び１３２−２のような近接場通信構造体１３２内の対応するコンデンサ電極と位置合わせされているとき、構造体２２及び１３２を使用して（例えば、１つのデータストリームが電極２２−１と１３２−１との間で伝達されており、１つのデータストリームが電極２２−２と１３２−２との間で伝達されている、などの）並列近接場通信に対応することができる。このようにして、構造体２２内の任意の好適な数の電極（例えば、２個以上、３個以上、４個以上、５個以上、１０個以上など）を使用して並列近接場通信を実行することができる。スイッチング回路４０（図１１）を使用して、（例えば、信号強度測定値又はその他の好適な制御方式に基づいて）構造体２２内のどの電極を使用すべきかをリアルタイムで選択することができる。

シナリオによっては、ユーザは、利用可能な全ての電極を使用した並列通信に対応するように十分に構造体２２を構造体１３２と位置合わせできない。この種の状況では、機器１０は、近接場通信を実行するために使用する電極の部分集合を自動的に選択することができる。図１８は、構造体２２及び１３２内の利用可能な電極の部分集合のみ（即ち、電極２２−１及び１３２−１のみ）が重なり合う構成の、構造体２２及び構造体１３２の平面図である。この例示的な構成では、電極２２−１及び１３２−１のみが近接場通信の対応に関係している。より多くの重なり合う電極が利用可能となると、スイッチング回路４０を使用して追加の電極を使用するように自動的に切り替えることができる。

図１９に示すように、構造体２２は、誘導性結合による近接場通信に使用する誘導性構造体を形成するように構成できる。図１９の例示的な構成において、構造体２２は、電極アレイ２０６Ａのような（例えば指紋センサ用の）電極のアレイを含んでおり、リング２０４のような導電性材料の包囲リング（例えば、図４の金属リング２０４のような導電性リング）を含んでいる。リング２０４は、ギャップ３０２のようなギャップを備えることができる。端子４６及び４８のような端子を、ギャップ３０２の対向する両側に形成することができる。この種の構成では、電極２０４は、指紋センサ内の電極を形成することができ、また誘導性結合による近接場通信に使用するワンループインダクタをも形成することができる。

図２０は、ループ状電極２０４が波形形状を備えることができる様を示している。図２０の波形形状が、近接場結合の性能向上に役立ち得る。

図２１の例示的な構成において、電極２０４は複数の巻き数を備えており、これにより誘導性結合による近接場通信に使用する構造体２２（即ちインダクタ２０４）のインダクタンスが増加する。図１９、２０、及び２１の例では、構造体２２は、（例えば指紋センサ用の）電極のアレイ２０６Ａを含んでいる。

一般的に、近接場通信構造体を形成するために、任意の好適な導電性構造体２２（例えば、タッチセンサ内の容量性電極、他の電気部品に関連付けられる導電性構造体など）を使用することができる。図１９、２０、及び２１の構成は単なる例示に過ぎない。

所望であれば、構造体２２を使用して近距離光通信回路及び光センサのような光学部品の一部を形成することができる。例として、光学指紋センサ又はその他の光学部品に使用される光送信機及び受信機構造体を使用して、機器１０が外部装置１３０と無線通信することを可能とする光送信機及び／又は光受信機を形成することができる。

図２２及び２３は、機器１０の近距離光通信及び検知動作の両方に使用できる種類の光学的構造体３０４の側面断面図である。

図２２に示す構成では、ユーザが、光学的構造体３０６の近傍に指１３８のような外部物体を置いている。光学的構造体３０６は、送信機３０６Ｔのような光送信機及び受信機３０６Ｒのような光受信機を含むことができる。送信機３０６Ｔは、例えば、発光ダイオード又はレーザーのような赤外線光源又は可視光源であってもよい。受信機３０６Ｒは、例えば、フォトダイオード又はフォトトランジスタのような赤外線受光器又は可視光受光器であってもよい。図２２の構成では、構造体３０６は、指紋センサとして使用されている。例えば、非常に多くの行及び列の送信機及び受信機を有するアレイが存在することができる。各送信機３０６Ｔが光を送信することができ、各受信機３０６Ｒが指１３８の表面から反射する送信された光のその量を測定することができる。反射光の強度は指１３８上の表面の特徴のパターンによって影響を受けるので、図２２の構成を指１３８からのデジタル指紋をキャプチャする光学指紋センサとして使用することができる。

外部装置１３０との光通信に対応するために構造体３０６を使用したい場合、図２３に示すように、機器１０を外部装置１３０と位置合わせすればよい。例として、光学的構造体３０６が外部装置１３０内の対応する光学的構造体３０８と位置合わせされるように、ユーザが機器１０を適所に保持すればよい。図２３に示すように、光学的構造体３０８は、１つ以上の光送信機３０８Ｔ及び１つ以上の光受信機３０８Ｒを含むことができる。図２３に示すように位置合わせされているとき、送信機３０６Ｔは受信機３０８Ｒが受信する光３１０を送信することができ、送信機３０８Ｔは受信機３０６Ｒが受信する光３１２を送信することができる。１対の受信機／送信機のみを有する構成では、構造体３０６及び３０８は、一方向性通信に対応することができる。複数の送信機及び受信機を有する構成では、構造体３０６及び３０８は、双方向性通信に対応することができる。構造体３０６及び３０８が各々複数の送信機及び受信機を包含している場合、機器１０と外部装置１３０との間で複数の並列データストリームを同時に伝達することにより、スループット及び／又は信頼性を向上させることができる。

所望であれば、光学指紋読み取り装置又はタッチセンサのような光センサは、図２４及び２５に示す種類の構成を有することができる。図２４に示すように、光学的構造体３０６は、光源３０６Ｔのような光源及び受信機３０６Ｒのアレイ（例えば、数十個、数百個、又は数千個の受信機３０６Ｒを有する１次元又は２次元のアレイ）を含むことができる。光源３０６Ｔは、例えば、発光ダイオード、発光ダイオードのアレイ、１つ以上のレーザーダイオード、又はその他の光源であってもよい。光源３０６Ｔは、光３２１を光ガイド構造体３３２の縁部３２８の中に発射することができる。反射光３２６が示すように、上面３２０及び下面３２２からの全内反射によって、光３２１が光ガイド構造体３３２内を誘導されることができる。光３２６の一部は、垂直上方に脱出して指１３８を照明することができる。このとき、光検出器３０６Ｒが（例えば、光学的指紋画像をキャプチャするために）指１３８からの反射光の強度を測定することができる。

光ガイド構造体３３２は、プラスチック若しくはガラスのシート又は基板上の透明なコーティングのような光学的に透明な平面部材から形成することができる。構造体３３２は、局所的なエリアで光３２６を上向きに方向付ける補助となる部分３３０のような部分を有することができる。

図２５に示すように、機器１０と外部装置１３０との間で光学的に通信させたい場合は、機器１０及び外部装置を相互に十分に近く配置して外部装置１３０内の光学的構造体３０８と機器１０内の光学的構造体３０６とを位置合わせすればよい。例えば、光源３０６Ｔからの光３２６の一部分３２６’が光受信機３０８Ｒによって検出されるように、光ガイド板３３２の部分３３０を光学的構造体３０８の受信機３０８Ｒと位置合わせすればよい。光学的構造体３０８は、機器１０の光学的構造体３０６内の受信機３０６Ｒ’のような１つ以上の受信機３０６Ｒに光３４０を送信する光送信機３０８Ｔのような光源を含むことができる。機器１０が外部装置１３０に情報を光学的に送信しようとする場合、制御回路２８が送受信機回路（例えば、図２の送受信機回路２４）を使用して光源３０６Ｔの出力を調節することにより、光３２６’を介して外部装置１３０内の受信機３０８Ｒにデータを送信することができる。外部装置１３０は、光源３０８Ｔの出力を調節することにより機器１０に情報を光学的に送信することができ、これにより受信機３０６Ｒ’が検出できる光３４０を介してデータを送信することができる。

機器１０内の構造体３０６のような光学的構造体は、ボタン１９のようなボタンの一部として形成することができ、図１の領域２７及び２９のような領域に形成することができ、又は筐体１２上の他の場所に形成することができる。構造体３０８のような光学的構造体は、図１３、１４、及び１５のクレイドル１３０のようなクレイドルの開口部３００のような開口部内に形成することができ、又は外部装置１３０内の他の場所に形成することができる。光学的構造体３０６は、デジタル指紋をキャプチャする受信機３０６Ｒのような受信機のアレイを含むことができ、又はその他のセンサ機能（例えば、近接検知、周囲光検知など）を実行するための光送信機回路及び光受信機回路を含むことができる。（指紋センサモードにおける）光学指紋センサを形成し、近くの外部装置１３０（例えば、クレイドル若しくはその他のアクセサリ、機器１０のようなピア装置、又はその他の外部装置）との光通信に対応する構造体を形成するために光学的構造体３０６を使用することは、単なる例示に過ぎない。

外部装置１３０との近接場通信に対応するためにセンサ／ＮＦＣ構造体２２が使用されている機器１０の構成では、構造体２２内の電極のうちの１つ以上を外部装置１３０の容量性近接場通信構造体１３２内の対応する電極構造体と正しく位置合わせすることが困難な場合がある。例えば、ユーザは、ボタン１９及びボタン１９上の構造体２２を装置１３０上の対応する構造体１３２と精密に位置合わせして保持することが（例えば、手の動きなどの理由で）難しいと感じるかもしれない。また、構造体２２と構造体１３２との間には空隙が存在する場合もあり、これが電磁場を広げて弱める原因となる場合があり、効果的な近接場通信を妨害する可能性がある。

このような条件下で十分良好な性能を保証するために、構造体１３２は、構造体２２よりも大きな寸法を備えることができる。例として、構造体２２内に図２６のリング状電極２０４のような電極が１つある場合、構造体１３２は、電極２０４の寸法よりも大きな横（Ｘ及びＹ）方向の寸法を有する電極１３２’のような相手方電極を備えることができる。

図２６の例では、構造体２２の電極２０４はリング形状を有しており、これに対応する構造体１３２の電極１３２’はより大きな（より広い）リング形状を有している。１つ以上の電極が異なる形状を有する構造体２２では、構造体１３２は、これらに対応する１つ以上の拡大された異なる形状の電極を備えることができる。例えば、構造体２２が、容量性結合による近接場通信に対応するために使用される図２７の電極２２Ａ及び２２Ｂのような２つの矩形の電極を含む場合、構造体１３２は、電極１３２−１及び１３２−２のような２つの対応する矩形の電極を備えることができる。電極１３２−１及び１３２−２の面積は、容量性結合を強化するために、電極２２Ａ及び２２Ｂの面積よりも大きくてもよい。

したがって、構造体２２内の電極の面積よりも大きな構造体１３２内の電極の面積は、構造体２２と構造体１３２との位置合わせが幾分ずれていても、十分良好な近接場通信の性能を保証する上で役立ち得る。他の電極（例えば送信電極）よりも大きな電極（例えば、受信電極）の拡大されたサイズは、広範囲に広がり弱まった送信側電極からの電磁場の分布を捕捉する上で役立ち得る一方、互いに相手となる送信電極及び受信電極の複数の対を使用して複数のデータストリームが同時に送信されているシナリオにおいて並列チャネル間の分離を維持することができる。

所望であれば、機器１０及び／又は外部装置１３０は、どの電極を使用して容量性結合した近接場通信信号を処理しているかをリアルタイムで調節することができる。例えば、外部装置１３０又は機器１０内の受信電極アレイがチャネル間のクロストークを検出した場合、受信電極アレイを再構成できる（例えば、特定の電極の使用を停止し、使用停止した電極の代わりに新しい電極を使用するように切り替えるように、指紋センサアレイ内のピクセルのような導電性素子の群から形成されている電極のサイズ及び形状を再構成するように、など）。

近接場通信電極の集合によって送信される信号のパターンを、認識後に機器１０及び／又は外部装置１３０がアクションを開始することのできる仮想指紋として使用することができる。機器１０の構造体２２又は外部装置の構造体１３２のような近接場通信構造体を使用して好適なアクションをこのように起動するために必要な例示的なステップを、図２８のフローチャートに示す。

図２８において、近接場送信機が、複数の電極を使用して近接場通信信号のパターン（即ち空間的パターン）を送信することができる。送信信号のパターンは、例えば、機器１０内の送信機２４が構造体２２を使用して送信している容量性結合した信号のパターンであってもよく、又は外部装置１３０内の送信機１３４が構造体１３２を使用して送信している容量性結合した信号のパターンであってもよい。対応する電極アレイを使用して、送信された信号を受信し処理することができる。

信号を送信するために使用されている電極構造体は、複数の電極を含むことができる。例えば、電極構造体は、２次元アレイの電極を含むことができ、又はその他のパターンに構成された電極を含むことができる。図２８の動作時に、近接場通信送信機が、アレイ内の電極の所定のパターンを使用して信号を送信することができる。例として、近接場通信送信機は、９個（３個×３個）の電極のアレイ内の第１、第５、及び第８の電極を使用して信号を送信することができる（その間、残りの電極は非アクティブである）。別の例として、近接場通信送信機は、電極のチェス盤模様のパターンを使用して信号を送信することができる。

電極アレイから信号を送信するために使用される特定の電極の部分集合が、「指紋」特徴（仮想指紋）（即ち識別子）として機能することができる。ステップ４００において、受信側の近接場通信送受信機が、着信信号についてその電極アレイを監視することができる。具体的には、近接場通信受信機は、その電極アレイが受信している信号のパターンを監視して特定の識別子が送信されているか否かを判定することができる。受信側の機器内の制御回路が受信信号を解析することができ、信号の受信パターンを既知のパターンと比較することができる。近接場通信信号の着信パターンと所定のパターン又は受信機が維持している信号のパターンとが一致しなければ、受信側の機器は、線４０２が示すように、その近接場通信アレイ上で追加の着信信号のパターンを引き続き監視することができる。

近接場通信電極アレイ上で測定された信号パターンと所定のパターンとの一致の検出に応じて、受信側の機器の制御回路を使用して適切なアクションをとることができる（ステップ４０４）。１つの所定のパターンが使用されている場合、所定のパターンを受信すると同時に所定のアクションをとることができる。所定のパターンが複数ある場合は、検出されたパターンに基づいてとられるアクションを選択することができる。

所定の電極パターンの「指紋」の検出に応じてとることのできるアクションの例としては、機器１０と外部装置１３０との間のデータ転送モードの起動、特定ユーザのシステムに対する認証に関連付けられる動作の実行（例えば、ユーザのシステムへのログオンの実行、ユーザのＩＤの確認、パターンを使用したユーザ名又はユーザに関連付けられるその他の情報の取得）、特定のアプリケーションの立ち上げ、ＰＯＳ購入又はその他の取引に関連する特定の選択肢のユーザへの提示などが挙げられる。

一実施形態によれば、導電性構造体を有し、導電性構造体を用いて指紋データを収集するように構成された指紋センサ回路を有する指紋センサと、導電性構造体に連結され、導電性構造体を用いて近接場通信信号を受信するように構成された近接場通信回路と、を含む電子機器が提供される。

別の実施形態によれば、電子機器は指を有するユーザによって操作可能であり、導電性構造体は指紋センサ回路から指に供給される信号が通る少なくとも１つの電極を含み、近接場通信回路は、電極に連結され、電極を用いて近接場通信信号を送受信するように構成された近接場通信送受信機を含む。

別の実施形態によれば、電極は、リング状電極を含む。

別の実施形態によれば、電子機器はボタンを更に含み、電極はボタンに搭載されている。

別の実施形態によれば、導電性構造体は、少なくとも１つのセンサ電極を含む。

別の実施形態によれば、近接場通信回路は、少なくとも１つのセンサ電極を使用して容量性結合した近接場通信信号を送受信するように構成された近接場通信回路を含む。

別の実施形態によれば、少なくとも１つのセンサ電極は多数の電極を含み、近接場通信回路は、容量性結合した近接場通信信号を使用して多数の電極を介して複数のデータストリームを同時に送信するように構成された近接場通信回路を含む。

別の実施形態によれば、導電性構造体は少なくとも１つの電極を含み、近接場通信回路は、電極に連結され、電極を用いて近接場通信信号を送受信するように構成された近接場通信送受信機を含む。

別の実施形態によれば、電極はコンデンサ電極を含み、近接場通信回路は、コンデンサ電極を使用して容量性結合した近接場通信信号を送受信するように構成されている。

別の実施形態によれば、導電性構造体は少なくとも１つのインダクタを形成するように構成されており、近接場通信回路は、インダクタに連結され、インダクタを用いて近接場通信信号を送受信するように構成された近接場通信送受信機を含む。

別の実施形態によれば、導電性構造体は、ボタンに搭載されている。

別の実施形態によれば、導電性構造体はボタン上に少なくとも１つのコンデンサ電極を形成するように構成されており、近接場通信回路はコンデンサ電極に連結された近接場通信送受信機を含む。

別の実施形態によれば、導電性構造体はボタン上に少なくとも１つのインダクタを形成するように構成されており、近接場通信回路はインダクタに連結された近接場通信送受信機を含む。

別の実施形態によれば、電子機器は、指紋センサ回路及び近接場通信回路を導電性構造体に選択的に連結するように構成されたスイッチング回路を含む。

一実施形態よれば、センサ回路と、センサ回路に連結された少なくとも１つの電極であって、センサ回路は電極を使用してセンサデータを収集するように構成されている、電極と、電極に連結され、電極を用いて近接場通信信号を送受信するように構成された近接場通信送受信機と、を含む電子機器が提供される。

別の実施形態によれば、電極はコンデンサ構造体を形成するように構成されており、近接場通信送受信機回路は、コンデンサ構造体を使用して容量性結合した近接場通信信号を送受信するように構成されている。

別の実施形態によれば、コンデンサ構造体は、ボタン上に搭載されている。

別の実施形態によれば、電子機器はディスプレイを伴う前面を有する筐体を含み、コンデンサ構造体はこの前面上に搭載されている。

別の実施形態によれば、センサ回路は、指紋センサ回路を含む。

別の実施形態によれば、電子機器はディスプレイを伴う前面を有し縁部を有する筐体を含み、コンデンサ構造体はこの縁部上に搭載されている。

別の実施形態によれば、センサ回路は、指紋センサ回路を含む。

一実施形態によれば、導電性構造体と、導電性構造体に連結されたセンサ回路であって、導電性構造体を使用してセンサデータを収集するように構成されている、センサ回路と、導電性構造体に連結され、導電性構造体を用いて近接場通信信号を送受信するように構成された近接場通信送受信機回路と、を含む電子機器が提供される。

別の実施形態によれば、導電性構造体はコンデンサ構造体を形成するように構成されており、近接場通信送受信機回路は、コンデンサ構造体を使用して容量性結合した近接場通信信号を送受信するように構成されている。

別の実施形態によれば、導電性構造体はインダクタ構造体を形成するように構成されており、近接場通信送受信機回路は、インダクタ構造体を使用して誘導性結合した近接場通信信号を送受信するように構成されている。

一実施形態によれば、外部装置と通信するように構成され、ユーザの指から指紋データを収集するように構成された電子機器であって、少なくとも１つの光送信機及び少なくとも１つの光受信機を有する指紋センサと、光送信機及び光受信機に連結された制御回路であって、指紋センサを使用してユーザの指から指紋データを収集するように構成され、光送信機を使用して外部装置に光信号を送信するように構成され、光受信機を使用して外部装置から光信号を受信するように構成されている、制御回路と、を含む電子機器が提供される。

一実施形態によれば、第１の機器と第２の機器との間で通信する方法であって、第２の機器内の電極のアレイを使用して第１の機器内の電極のアレイから近接場通信信号の所定の空間的パターンを受信するステップと、外部装置内の電極のアレイを使用して近接場通信信号の所定の空間的パターンを受信するステップに応じて、外部装置を用いて対応するアクションをとるステップと、を含む方法が提供される。

別の実施形態によれば、対応するアクションをとるステップは、第１の機器と第２の機器との間のデータ転送モードを開始するステップを含む。

以上のものは、本発明の原理の単なる例示であり、当業者は、本発明の範囲及び趣旨から逸脱することなく様々な修正を行うことができる。

Claims (27)

1. 電子機器であって、
   導電性構造体を有し、前記導電性構造体を用いて指紋データを収集するように構成された指紋センサ回路を有する指紋センサと、
   前記導電性構造体に連結され、前記導電性構造体を用いて近接場通信信号を受信するように構成された近接場通信回路と、
   を備える、電子機器。
2. 前記電子機器が、指を有するユーザによって操作可能であり、前記導電性構造体が、前記指紋センサ回路から前記指に供給される信号が通る少なくとも１つの電極を含み、前記近接場通信回路が、前記電極に連結され、前記電極を用いて近接場通信信号を送受信するように構成された近接場通信送受信機を含む、請求項１に記載の電子機器。
3. 前記電極が、リング状電極を含む、請求項２に記載の電子機器。
4. ボタンを更に備え、前記電極が前記ボタンに搭載されている、請求項３に記載の電子機器。
5. 前記導電性構造体が、少なくとも１つのセンサ電極を含む、請求項１に記載の電子機器。
6. 前記近接場通信回路が、前記少なくとも１つのセンサ電極を使用して容量性結合した近接場通信信号を送受信するように構成された近接場通信回路を含む、請求項５に記載の電子機器。
7. 前記少なくとも１つのセンサ電極が複数の電極を含み、前記近接場通信回路が、容量性結合した近接場通信信号を使用して前記複数の電極を介して複数のデータストリームを同時に送信するように構成された近接場通信回路を含む、請求項５に記載の電子機器。
8. 前記導電性構造体が少なくとも１つの電極を含み、前記近接場通信回路が、前記電極に連結され、前記電極を用いて近接場通信信号を送受信するように構成された近接場通信送受信機を含む、請求項１に記載の電子機器。
9. 前記電極がコンデンサ電極を含み、前記近接場通信回路が、前記コンデンサ電極を使用して容量性結合した近接場通信信号を送受信するように構成されている、請求項８に記載の電子機器。
10. 前記導電性構造体が少なくとも１つのインダクタを形成するように構成されており、前記近接場通信回路が、前記インダクタに連結され、前記インダクタを用いて近接場通信信号を送受信するように構成された近接場通信送受信機を含む、請求項１に記載の電子機器。
11. ボタンを更に備え、前記導電性構造体が前記ボタンに搭載されている、請求項１に記載の電子機器。
12. 前記導電性構造体が、前記ボタン上に少なくとも１つのコンデンサ電極を形成するように構成されており、前記近接場通信回路が、前記コンデンサ電極に連結された近接場通信送受信機を含む、請求項１１に記載の電子機器。
13. 前記導電性構造体が、前記ボタン上に少なくとも１つのインダクタを形成するように構成されており、前記近接場通信回路が、前記インダクタに連結された近接場通信送受信機を含む、請求項１１に記載の電子機器。
14. 前記指紋センサ回路及び前記近接場通信回路を前記導電性構造体に選択的に連結するように構成されたスイッチング回路を更に備える、請求項１に記載の電子機器。
15. 電子機器であって、
    センサ回路と、
    前記センサ回路に連結された少なくとも１つの電極であって、前記センサ回路は、前記電極を使用してセンサデータを収集するように構成されている、電極と、
    前記電極に連結され、前記電極を用いて近接場通信信号を送受信するように構成された近接場通信送受信機回路と、
    を備える、電子機器。
16. 前記電極がコンデンサ構造体を形成するように構成されており、前記近接場通信送受信機回路が、前記コンデンサ構造体を使用して容量性結合した近接場通信信号を送受信するように構成されている、請求項１５に記載の電子機器。
17. ボタンを更に備え、前記コンデンサ構造体が前記ボタン上に搭載されている、請求項１６に記載の電子機器。
18. ディスプレイを伴う前面を有する筐体を更に備え、前記コンデンサ構造体が前記前面上に搭載されている、請求項１６に記載の電子機器。
19. 前記センサ回路が、指紋センサ回路を含む、請求項１８に記載の電子機器。
20. ディスプレイを伴う前面を有し縁部を有する筐体を更に備え、前記コンデンサ構造体が前記縁部上に搭載されている、請求項１６に記載の電子機器。
21. 前記センサ回路が、指紋センサ回路を含む、請求項２０に記載の電子機器。
22. 電子機器であって、
    導電性構造体と、
    前記導電性構造体に連結されたセンサ回路であって、前記導電性構造体を使用してセンサデータを収集するように構成されている、センサ回路と、
    導電性構造体に連結され、前記導電性構造体を用いて近接場通信信号を送受信するように構成された近接場通信送受信機回路と、
    を備える、電子機器。
23. 前記導電性構造体がコンデンサ構造体を形成するように構成されており、前記近接場通信送受信機回路が、前記コンデンサ構造体を使用して容量性結合した近接場通信信号を送受信するように構成されている、請求項２２に記載の電子機器。
24. 前記導電性構造体がインダクタ構造体を形成するように構成されており、前記近接場通信送受信機回路が、前記インダクタ構造体を使用して誘導性結合した近接場通信信号を送受信するように構成されている、請求項２２に記載の電子機器。
25. 外部装置と通信するように構成され、ユーザの指から指紋データを収集するように構成された電子機器であって、
    少なくとも１つの光送信機及び少なくとも１つの光受信機を有する指紋センサと、
    前記光送信機及び前記光受信機に連結された制御回路であって、前記指紋センサを使用して前記ユーザの前記指から前記指紋データを収集するように構成され、前記光送信機を使用して前記外部装置に光信号を送信するように構成され、前記光受信機を使用して前記外部装置から光信号を受信するように構成されている、制御回路と、
    を備える、電子機器。
26. 第１の機器と第２の機器との間で通信する方法であって、
    前記第２の機器内の電極のアレイを使用して前記第１の機器内の電極のアレイから近接場通信信号の所定の空間的パターンを受信するステップと、
    前記外部装置内の前記電極のアレイを使用して近接場通信信号の前記所定の空間的パターンを受信するステップに応じて、前記外部装置を用いて対応するアクションをとるステップと、
    を含む、方法。
27. 前記対応するアクションをとるステップが、前記第１の機器と前記第２の機器との間のデータ転送モードを開始するステップを含む、請求項２６に記載の方法。

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