JP2016024746A - 無線通信のためのタッチ操作を容易にする方法、電子機器およびコンピュータ・プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】タブレット端末に対する非接触ＩＣカードのタッチ操作を容易にする方法を提供する。
【解決手段】タブレット端末１００の端部には側面放射型のＮＦＣアンテナを実装する。縁枠にはタッチ・マーク１０５が描かれている。非接触ＩＣカード１０は４つのコイル辺１３ａ〜１３ｄを含む矩形状のアンテナを実装する。非接触ＩＣカードはタッチ・マークを目標にして位置付けられたときに、側面放射型のＮＦＣアンテナでは、高い電磁結合度を得ることができない。タッチスクリーン１０１に磁束が流れる方向に存在するコイル辺１３ｄ、１３ｂのいずれかの一方のコイル辺をタッチ・マークの方向に移動させることを示す矢印を表示する。
【選択図】図６

Description

本発明は、無線通信に電子機器が搭載するタッチパネルを利用する技術に関し、さらには携帯式デバイスのタッチ操作を容易にする技術に関する。

非接触ＩＣカードまたは非接触ＩＣタグなどを使った無線通信技術としてＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification：無線固体識別）と近距離無線通信（ＮＦＣ：Near Field Communication）が知られている。ＮＦＣは、非接触ＩＣカードを利用する点でＲＦＩＤと概念的に類似するが、ＲＦＩＤには数メートル程度の通信が可能なものもある一方で、ＮＦＣはアンテナ同士を２センチメートルから４センチメートル程度以下まで接近させて通信を行いかつ用途が異なることもあって、ＲＦＩＤとは別にＮＦＣフォーラムという標準化団体が技術仕様を策定しISO/IEC14443、ISO/IEC18092として規定した。

近年のスマートフォンやタブレット端末などの携帯式電子機器には、ＮＦＣモジュールを搭載するものが登場するようになってきた。ＮＦＣには、リーダ・ライタが電源をもたない非接触ＩＣカードや非接触ＩＣタグと通信を行うパッシブ型の通信と、電源を備えた２つの機器が交互にイニシエータとターゲットになって通信するアクティブ型の通信が定義されている。ＮＦＣ規格は、非接触ＩＣカードの役割を代替するカード・エミュレーション機能、ＮＦＣタグを読み取るためのリーダ・ライタ機能、およびＮＦＣデバイス同士で通信する機器間通信（Ｐ２Ｐ）機能の３つの機能を規定する。

リーダ・ライタ機能は、Felica（登録商標）、Mifare（登録商標）などのタイプ１からタイプ４までの４種類の非接触ＩＣカードを読み取ることができる。ＮＦＣでは一方の機器のＮＦＣアンテナを他方の機器のＮＦＣアンテナに通信可能な距離まで接近させて電磁結合をさせる必要があるが、電源のない非接触ＩＣカードに対してデータの読み書きをすることができ、両者を接近させるだけで通信を開始できるため携帯式電子機器での用途の拡大が期待されている。特許文献１は、静電容量式のタッチパネルの上に置かれたカードの位置、方向およびコード情報を認識してカードの上からタッチした指の位置と組み合わせて入力する入力システムを開示する。コード情報には、複数の媒体を識別するためのＩＤやカードの形状、大きさなどを定義する。

国際公開２０１２／０７０５９３号公報

タブレット端末が搭載するＮＦＣモジュールがリーダ・ライタとなって非接触ＩＣカードとＮＦＣをする場合は、非接触ＩＣカードを近くにＮＦＣアンテナが配置されたタッチ面の近くに接近させる。以下においては、ＮＦＣのために非接触ＩＣカードをタッチ面に接近させてアンテナ同士に電磁結合をさせる操作をタッチ操作ということにする。したがって非接触ＩＣカードのタッチ操作には、非接触ＩＣカードがタッチ面に接触する場合とわずかな距離だけ離れた状態が存在する。

タブレット端末は、筐体の内部に高密度で多くの電子デバイスを実装しており、筐体も金属で形成することが多いため、タブレット端末に対するＮＦＣアンテナの実装方法を工夫する必要がある。このときタブレット端末としては、ＮＦＣアンテナの収納スペースの確保、電子デバイスに対するノイズ障害対策、電磁結合のための磁路の確保および筐体構造への影響の軽減などが主要な検討要素となる。

またＮＦＣアンテナとしては、小型化、取り付けやすさ、および通信性能などが主要な検討要素となる。図１０（Ａ）は、非接触ＩＣカード１０の構造を説明するための平面図で、図１０（Ｂ）は、タブレット端末５０におけるＮＦＣアンテナの取り付け位置を説明するための平面図である。図１１は、非接触ＩＣカード１０が配置されたときの図１０（Ｂ）のＸ−Ｘ矢視で切断した概略的な断面図である。非接触ＩＣカード１０は、全体がプラスチックで形成された本体にＮＦＣアンテナ１３および半導体チップ１５が埋め込まれている。パッシブ型である非接触ＩＣカード１０は電力源を保有せず、タブレット端末５０が放射する磁束を半導体チップ１５のエネルギーとして利用する。

ＮＦＣアンテナ１３は、カードの周辺に配置された１〜４ターン程度の矩形状のループ・コイルとして構成され、半導体チップ１５に接続されている。以後、ループ・コイルが配置される平面をコイル面といい、コイル面に垂直でループ・コイルのコイル開口の中心を通る軸をコイル軸１７ということにする。このようにＮＦＣアンテナ１３をカードの物理的な外延で許容される範囲でできるだけ大きなコイル開口を有するように形成すると、駅の改札口や、劇場の入り口に配置されるリーダ・ライタのＮＦＣアンテナとの間で通信するときに、タッチ面の広い範囲でＮＦＣができるため都合がよい。

タブレット端末５０と非接触ＩＣカード１０がＮＦＣを行うためには、タッチスクリーン６１の表面に設けたタッチ面６３にタッチ操作をしたときに、一時的に一方のＮＦＣアンテナが放射する磁束が他方のＮＦＣアンテナと鎖交して電磁結合をする必要がある。タブレット端末５０にコイル面がタッチ面６３に平行になるようにループ・コイル状のＮＦＣアンテナ５５を配置して、そのコイル軸の位置にユーザが視認できるタッチ・マーク５７を描いておけば、非接触ＩＣカード１０のコイル軸１７をタッチ・マーク５７に近づけるようにタッチ操作をすることでＮＦＣができる。

このときの様子を図１１（Ａ）に示す。図１１（Ａ）は、ＮＦアンテナ１３、５５のコイル軸が一致する位置に対してタッチ操作が行われたときに、ＮＦＣアンテナ５５が放射する磁束とＮＦＣアンテナ１３が鎖交する様子を示している。図１１（Ａ）に示すようにＮＦＣアンテナ１３、５５は、電磁結合できる範囲が広いためコイル軸がずれても所定値以上の電磁結合度を得ることができるため、ＮＦＣが成功するまで非接触ＩＣカード１０をタッチ・マーク５７の廻りで移動させる必要はない。ＮＦＣアンテナ１３、５５間の電磁結合回路には対称性があるため非接触ＩＣカード１３が放射する磁束についても同様に高い電磁結合度を得ることができる。

しかし、タブレット端末５０にＮＦＣアンテナ５５を設けることは、金属筐体の一部に非磁性体材料を埋め込んでタッチ面の近辺に電磁結合のための磁路を確保したり、ノイズ対策をしたり、スペースを確保したりすることがタブレット端末の設計の自由度を制約する。また、タッチスクリーン６１には、タッチ・マーク５７を表示すると他のアプリケーションによる表示に支障がでるためタブレット端末５０でタッチ・マークが必要な場合は、筐体の裏面をタッチ面にする必要がある。なお、ＮＦＣアンテナ５５のように、タッチスクリーンの正面方向またはタッチ面６３に垂直な方向に磁束を放射するアンテナを正面放射型のアンテナということにする。

これに対して、タッチスクリーン６１の周囲に設けた縁枠５９の領域にＮＦＣアンテナ５１を配置すれば、上述のような問題を解消することができる。ところが、実際に筐体の端部から磁束を放射するＮＦＣアンテナ５１を縁枠５９の領域に配置して、ＮＦＣアンテナ５１の中心に対応する縁枠５９の位置にタッチ・マーク５３を描き、これを目標にしたタッチ操作をすると、試験者によっては短時間でＮＦＣができない場合があることがわかった。

このときの様子を図１１（Ｂ）、（Ｃ）に示す。図１１（Ｂ）のようにコイル軸１７がタッチ・マーク５３に近いようにＮＦＣアンテナ１３が配置されるときは、図１１（Ｃ）のようにＮＦＣアンテナ１３に対する磁束がコイル面に平行な成分および見かけ上一旦鎖交した磁束が戻ることで実質的に鎖交しない成分が多くなり、電磁結合度が低下することに原因があることがわかった。非接触ＩＣカード１０をさまざまな位置に配置して検証してみると、図１１（Ｄ）のように、非接触ＩＣカード１０を図１１（Ｃ）の位置から図１０（Ｂ）に示す矢印Ａ方向に移動させたときにＮＦＣができる確率が高いことがわかった。

このときの磁束の鎖交の様子を図１１（Ｅ）に示す。図１１（Ｅ）のように非接触ＩＣカード１０が矢印Ａ方向に移動した位置では、ＮＦＣアンテナ１３と鎖交する磁束のコイル面に垂直な成分が多くなっている。図１１（Ｆ）、（Ｇ）に示すように非接触ＩＣカード１０を矢印Ｂ方向に移動させても同様に鎖交磁束が増加してＮＦＣができる確率が高くなることがわかった。

ここに、矢印Ａ、Ｂ方向は、ＮＦＣアンテナ５１が放射する磁束が流れる方向に一致している。一般にユーザはタッチ・マーク５３に非接触ＩＣカード１０の中心部（コイル軸１７）を近づけるようなタッチ操作をすることでＮＦＣができると思っているため、ＮＦＣアンテナ５１では図１０（Ｄ）、（Ｆ）のタッチ操作の位置を知るまでは不便である。なお、ＮＦＣアンテナ５１のように、筐体の側面方向またはタッチ面６３に水平な方向に磁束を放射するアンテナを側面放射型アンテナということにする。

そこで本発明の目的は、タッチ面を提供する電子機器に対する携帯式デバイスのタッチ操作を容易にする方法を提供することにある。さらに本発明の目的は、電子機器の筐体の周辺部にＮＦＣアンテナを配置する方法を提供することにある。さらに本発明の目的は、電子機器に実装するＮＦＣモジュールの消費電力を低減する方法を提供することにある。さらに本発明の目的は、そのような方法を実現する電子機器およびコンピュータ・プログラムを提供することにある。

本発明は、タッチスクリーンと第１のアンテナを実装する電子機器と、第２のアンテナを搭載する携帯式デバイスが無線通信をする方法を提供する。第２のアンテナをタッチスクリーンが検出する。第２のアンテナの検出に応じて電子機器が無線通信に関連する所定の動作をする。したがって、タッチスクリーンに携帯式デバイスを近づけるだけで無線通信に関連する動作をすることができるため便利である。

第１のアンテナは側面放射型または正面放射型のいずれでもよい。無線通信は誘導方式の近距離無線通信とすることができる。第２のアンテナは矩形状のコイル・パターンで形成することができる。携帯式デバイスはスマートフォンのような自らが保有する電源で磁界を放射するアクティブ型でも、非接触ＩＣカードのような内部に電源を保有しないパッシブ型でもよい。所定の動作は、第１のアンテナと第２のアンテナの電磁結合度を高めるための携帯式デバイスの移動方向を示す情報をタッチスクリーンに表示する動作とすることができる。

移動方向の表示により、タッチ操作をしても無線通信を開始できないときに、ユーザはタッチスクリーンをみてタッチ操作の位置を修正することができる。タッチスクリーンがタッチ面を提供する場合は、ユーザが視線を携帯式デバイスに向けた状態で移動方向を判断することができる。移動方向は、第２のアンテナのコイル辺の位置から決定することができる。電子機器にターゲット・ポイントを設定し、コイル辺をターゲット・ポイントに近づける方向を示すような移動方向を示す情報を生成することができる。ターゲット・ポイントは、システムだけが認識できるものでよいが、ユーザにタッチ操作の目標を提供するためのタッチ・マークの位置に一致する位置にしてもよい。

その結果、ユーザは何回かタッチ操作をしてＮＦＣの成功率を学習することで、タッチ・マークの位置にコイル辺を近づけるようなタッチ操作を最初からできるようになる。移動方向を示す情報は、磁束の方向に存在するターゲット・ポイントに最も近いコイル辺をターゲット・ポイントに近づける方向を示すものでよい。移動方向を示す情報は、矢印マークとすることができる。移動方向を示す情報が、携帯式デバイスの移動に伴ってターゲット・ポイントと、最も近いコイル辺の距離の変化を示す情報を含むようにすることができる。

所定の動作は、無線通信をするためのデバイスの電源を起動する動作とすることができる。その結果、通常の状態では無線通信をするためのデバイスの電源を停止することができる。タッチスクリーンは常時タッチ入力を検出できるように動作するため、タッチスクリーンが消費する電力は本発明の適用により増加することはない。所定の動作は、無線通信をするためのプログラムを起動する動作とすることができる。

本発明により、タッチ面を提供する電子機器に対する携帯式デバイスのタッチ操作を容易にする方法を提供することができた。さらに本発明により、電子機器の筐体の周辺部にＮＦＣアンテナを配置する方法を提供することができた。さらに本発明により、電子機器に実装するＮＦＣモジュールの消費電力を低減する方法を提供することができた。さらに本発明により、そのような方法を実現する電子機器およびコンピュータ・プログラムを提供することができた。

ＮＦＣアンテナ２００を実装するタブレット端末１００の概略の構造を説明するための図である。 側面放射型のＮＦＣアンテナ２００の構造の一例を説明するための図である。 タブレット端末１００のハードウェア構成を説明するための機能ブロック図である。 タブレット端末１００のソフトウェア構成を説明するための機能ブロック図である。 タブレット端末１００が非接触ＩＣカード１０とＮＦＣをする手順を示すフローチャートである。 側面放射型のＮＦＣアンテナ２００に対する非接触ＩＣカード１０の移動方向を示すガイダンス画面の一例を説明するための図である。 非接触ＩＣカード１０の移動方向を示すガイダンス画面の一例を説明する図である。 側面放射型のＮＦＣアンテナ４００の構造の一例を説明するための図である。 正面放射型のＮＦＣアンテナ５００に対する非接触ＩＣカード１０の移動方向を示すガイダンス画面の一例を説明するための図である。 本発明の課題を説明するための図である。 本発明の課題を説明するための図である。

図１は、ＮＦＣアンテナ２００を搭載するタブレット端末１００の概略的な構造を説明するための図である。図１（Ａ）は平面図で、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＹ−Ｙ矢視で切断した概略的な断面図である。タブレット端末１００は、マグネシウムまたはアルミニウムなどの金属材料で箱状に形成した筐体１０７に嵌め込んだガラス板１０９の表面が、非接触ＩＣカード１０のタッチ面１０９ａを構成している。

筐体１０７は、タッチスクリーン１０１、化粧パネル１１１、側面放射型のＮＦＣアンテナ２００、アルミニウム・シート２５１、回路基板１３１および電池ユニット１３３を収納している。化粧パネル１１１が配置される領域はタッチスクリーン１０１の周囲を囲む縁枠１０３を構成する。回路基板１３１には、図３に示すさまざまなデバイスが実装される。ＮＦＣアンテナ２００は、ガラス板１０９の下に配置した化粧パネル１１１の下面に両面テープまたは接着剤などで貼り付けて装着することができる。アルミニウム・シート２５１はＮＦＣアンテナ２００が放射する高周波の交番磁界による回路基板１３１へのノイズの侵入を防ぐために配置している。

筐体１０７の側壁には、ＮＦＣアンテナ２００が放射する磁束１０６をタッチ面１０９ａの近辺の空中に効率よく導く磁路を形成するようにプラスチック部材１０８を埋め込んでいる。ＮＦＣアンテナ２００は、タッチスクリーン１０１を四方で囲む縁枠１０３の上辺の下部に収納されている。縁枠１０３には、ユーザが非接触ＩＣカード１０をタッチ面１０９ａ上に位置付けるための概略的な位置を示すタッチ・マーク１０５が描かれている。タッチ・マーク１０５は一例において、平面的に、ＮＦＣアンテナ２００のコイル開口２５３（図２）の中心に対応する位置に設けている。

図２は、側面放射型のＮＦＣアンテナ２００の構造の一例を説明するための図である。図２（Ａ）は平面図で、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＺ１−Ｚ１矢視で切断した断面図である。ここに側面放射型のＮＦＣアンテナは、タッチ面から磁束を放射する正面放射型のアンテナに対して対照的な構造で、タブレット端末１００に収納したときに、筐体の側面のプラスチック部材１０８を磁路の一部とするように、アンテナの側部またはタッチ面１０９ａに垂直な方向から多くの磁束を放射する構造のアンテナに相当する。

ＮＦＣアンテ２００は、絶縁基板２０１の表面２０１ａにアンテナ・コイル２０７を備えている。絶縁基板２０１はガラスエポキシ基板やコンポジット基板などのリジッド基板、またはポリイミド・フィルムやポリエステル・フィルムなどのフレキシブル基板のいずれでもよい。パターンの形成方法は特に限定する必要はなく、絶縁基板２０１の全面に貼り付けた銅箔をエッチングしたり、レジストを形成した絶縁基板２０１に銅メッキしたりするなどのさまざまな方法を採用することができる。

アンテナ・コイル２０７は、全体が１本の連続した導線となってループ・コイルを形成するように表面２０１ａ上に形成されている。アンテナ・コイル２０７は、コイル開口２５３を挟んで対向する内側パターン２０７ａと外側パターン２０７ｂを含む。ＮＦＣアンテナ２００をタブレット端末１００に実装するときに内側パターン２０７ａは筐体１０７の内部の方向に配置し、外側パターン２０７ｂは筐体１０７の側面の方向に配置する。ＮＦＣアンテナ２００は、アンテナ・コイル２０７のコイル開口２５３をフェライト粉末や金属粉末などの強磁性材料で形成した磁性体シート２０５が貫通している。

磁性体シート２０５は、その投影が外側パターン２０７ａと内側パターン２０７ｂに重なり、かつ、外側パターン２０７ａの上から絶縁基板２０１の裏面２０１ｂに延びている。アンテナ・コイル２０７の両端は、絶縁基板２０１の裏面２０１ｂに実装した共振回路２１１に接続している。共振回路２１１は、抵抗、コンデンサ、およびリアクトルで構成され、アンテナ・コイル２０７を一例として１３．５６ＭＨｚの高周波電流に共振させる。共振回路２１１は、タブレット端末１００の回路基板１３１に実装するＮＦＣモジュール１６１（図４）に接続する。

アンテナ・コイル２０７に鎖交する磁束の一方の出入り口は矢印Ａで示す磁性シート２０５の平坦部および側部２０３となり、他方の出入り口は矢印Ｂで示す磁性シート２０５の平坦部および端部２０４となる。なお、図２（Ｂ）では、タッチ面１０９ａの近辺に磁束を分布させない下側方向の磁束を省略している。ＮＦＣアンテナ２００の近辺に存在する交番磁界は、磁性体シート２０５の中に強い交番磁束を生じさせる。コイル開口２５３を貫通する磁性体シート２０５を通過した交番磁束は、アンテナ・コイル２０７と鎖交して誘導電圧を誘起する。図２（Ｂ）は、ある瞬間の交番磁束が矢印Ｂ方向から磁性体シート２０５に入射し矢印Ａの方向に出射する様子を示している。

また、ＮＦＣアンテナ２００に高周波電流を流したときにアンテナ・コイル２０７が生成した交番磁界は、磁性体シート２０５の中に強い交番磁束を生じさせて、ある瞬間に矢印Ａの方向に放射する。ＮＦＣアンテナ２００が放射する磁束は磁性体シート２０５が空中に開放する端部２０３、２０４で強くなる。ＮＦＣアンテナ２００は、側部２０３が側壁のプラスチック部材１０８を向き、かつ、外側パターン２０７ａがガラス板１０９に近付くように筐体１０７の内部に配置される。

図３は、タブレット端末１００のハードウェア構成を説明するための機能ブロック図である。本発明において、タブレット端末１００の多くのハードウェアの構成は周知であるため、本発明の理解に必要な要素を中心に説明する。ＣＰＵパッケージ１５１は、ＣＰＵコア、メモリ・コントローラ、ＧＰＵ、およびＩ／Ｏインターフェースなどが１つのパッケージとして構成されている。ＣＰＵパッケージ１５１には本発明に関連する要素として、ＣＰＵコアが実行するプログラムを一時的に記憶するシステム・メモリ１５７、ＣＰＵコアが実行するプログラムを格納するソリッド・ステート・ドライブ（ＳＳＤ）のような不揮発性メモリ１５９、ＮＦＣモジュール１６１、およびタッチスクリーン１０１などが接続されている。

タッチスクリーン１０１は、フラットパネル型のディスプレイ１５３とディスプレイ１５３に積層されたタッチパネル１５５で構成されている。タッチパネル１５５はマトリクス状に複数の電極が配置された静電容量式の多点検出が可能な位置検出デバイスで、接近した指と電極の間の静電結合による静電容量の変化から、指の座標を検出する。金属は電極との間にも静電結合を発生させるため、タッチパネル１５５は金属が接近したときにその座標を検出する。このときタッチパネル１５５は、金属がタッチ面１０９ａに対して平面的に広がるパターンを構成していれば、そのパターンを座標として検出する。

不揮発性メモリ１５９は、図４に示すソフトウェアを格納する。ＮＦＣモジュール１６１は、半導体チップおよび不揮発性メモリを含んでおり、ＮＦＣアンテナ２００が接続されている。ＮＦＣモジュール１６１は、ISO/IEC14443で規定する１３．５６ＭＨｚの周波数帯を使用した通信距離が１００ミリメートル以下の近接型（Proximity）に属し電磁誘導方式で通信する。

ＮＦＣモジュール１６１は、送信時にシステムから受け取ったデータを符号化し、符号化したデータで搬送波を変調し、変調した信号を増幅してからＮＦＣアンテナ２００に高周波電流を流す。ＮＦＣモジュール１６１は受信時に非接触ＩＣカード１０のタッチ操作により発生したＮＦＣアンテナ２００の誘起電圧による高周波電流を増幅してから復調し、復調したデータを復号してシステムに送る。

ＮＦＣモジュール１６１は、ＣＰＵパッケージ１５１および不揮発性メモリ１５９が格納するプログラムと協働して、非接触ＩＣカード機能を実現するカード・エミュレーション・モード、非接触ＩＣカードまたは非接触ＩＣタグへのアクセス機能を実現するリーダ・ライタ・モードおよび他のＮＦＣ機能を搭載するデバイスとの間で双方向の通信を実現するデバイス間通信（Ｐ２Ｐ）モードのいずれかの動作モードで動作する。タブレット端末１００は、ＮＦＣモジュール１６１がリーダ・ライタ・モードで動作するときに後に説明するガイダンス画面を表示する。

図４は、不揮発性メモリ１５９が格納するソフトウェアの実行時の構成を説明するための図である。タッチドライバ１８９は、タッチパネル１５５が検出した座標をＯＳ１８７に送る。タッチパネル１５５が検出する座標は、非接触ＩＣカード１０のコイル辺の座標および指のタッチ操作の座標を含む。ＮＦＣドライバ１９１は、ＮＦＣモジュール１６１の動作の制御およびデータ通信の制御などを行う。ディスプレイ・ドライバ１９３は、ディスプレイ１５３の動作の制御およびデータ転送の制御などを行う。

ガイダンス・アプリケーション１８１は、ＯＳ１８７から受け取った座標から、非接触ＩＣカード１０のアンテナ・パターンを認識し、所定のコイル辺をターゲット・ポイントに近づける方向を示すガイダンス画面をディスプレイ１５３に表示するプログラムである。ＮＦＣアプリケーション１８３は、ＮＦＣにより非接触ＩＣカード１０にデータを書き込んだり非接触ＩＣカード１０からデータを読み取ったりするプログラムである。一般アプリケーション１８５は、メールやブラウザなどのＮＦＣに直接関係しないプログラムである。

ここで、ＮＦＣアプリケーション１８３と非接触ＩＣカード１０によるＮＦＣについて説明する。非接触ＩＣカード１０の半導体チップ１５は、プロセッサおよびファームウェアおよび不揮発性メモリなどの素子を含んでいる。非接触ＩＣカード１０は電力源を保有しないパッシブ型といわれるもので、リーダ・ライタとして動作するＮＦＣモジュール１６１がＮＦＣアンテナ２００から放射する磁束によりＮＦＣアンテナ１３に誘起された電圧を電力源にして動作する。非接触ＩＣカード１０の不揮発性メモリは用途に応じた読み取り情報または書き込み情報を記録する。

非接触ＩＣカード１０の半導体チップ１５は、タブレット端末１００による不揮発性メモリへのアクセスを制御する。半導体チップ１５は、タッチ・マーク１０５への接近によりＮＦＣアンテナ１３に誘起された電圧が所定値以上に上昇したときに動作する。半導体チップ１５は、ＮＦＣアンテナ１３の共振回路を制御して両者が電磁結合をしたときのＮＦＣモジュール１６１の負荷を制御することでタブレット端末１００と通信する。

図５は、タブレット端末１００が非接触ＩＣカード１０とＮＦＣをする手順を示すフローチャートである。図６、図７は非接触ＩＣカード１０の移動方向を示すガイダンス画面の一例を説明する図である。図５のブロック３０１でタブレット端末１００は待機状態である。タッチスクリーン１０１には、待機画面またはロック画面が表示されＮＦＣモジュール１６１は停止している。非接触ＩＣカード１０のタッチ操作の前にガイダンス・アプリケーション１８１はバックグラウンドで動作している必要があるが、ＮＦＣアプリケーション１８３は実行していても停止していてもよい。また、一般アプリケーション１８５は待機状態において、タッチパネル１５５からの入力を受け取ることがないものとする。

タッチパネル１５５は動作しており、ユーザは待機画面に指でタッチ操作をすることで画面のロックを解除し、一般アプリケーション１８５を実行してタブレット端末１００を使用することができる。ＮＦＣは非接触ＩＣカード１０のタッチ操作をするだけで開始できることが望ましいが、それを実現するためには、従来の方法ではＮＦＣモジュール１６１を動作させて、ＮＦＣアンテナ２００から非接触ＩＣカード１０の接近を検出するためのポーリング用の磁束を放射する必要がある。したがって従来の方法では、ほとんどの時間において使用することがないＮＦＣモジュール１６１による消費電力が発生することになるが、本実施の形態ではこの時点でＮＦＣモジュール１６１が停止しているため無駄な電力を消費しない。

ブロック３０３でタッチ・マーク１０５を目標にしてタッチ面１０９ａに対してユーザが非接触ＩＣカード１０のタッチ操作をする。ＮＦＣモジュール１６１は停止しているため、ＮＦＣアンテナ１３には電磁誘導が発生せず、この時点ではＮＦＣを開始しない。タッチ・マーク１０５は縁枠１０３に配置されているが、タッチ操作により非接触ＩＣカード１０の一部は、タッチスクリーン１０１の上まで延びる。このときの様子を図６に示している。

図６において、ＮＦＣアンテナ１３には、矩形状の４つのコイル辺１３ａ〜１３ｄを定義する。ユーザは、タッチ・マーク１０５を目標にして非接触ＩＣカード１０のタッチ操作をするため、図には説明のためにタッチ・マーク１０５を描いているが、実際の操作ではタッチ・マーク１０５が非接触ＩＣカード１０の陰に隠れる。ここで図６（Ａ）に示すように、タッチスクリーン１０１の左上のコーナーを原点にしてタッチパネル１５５にＸ−Ｙ座標を定義する。

ブロック３０５でタッチドライバ１８９は、タッチパネル１５５が検出した静電結合をする物体の座標を計算する。タッチドライバ１８９は、ＮＦＣアンテナ１３および半導体チップ１５のような金属が接近したときに静電容量の変化として検出した座標をガイダンス・アプリケーション１８１に定期的に渡す。タッチドライバ１８９はロック画面を解除するためのタッチ操作をした指の座標も計算してＯＳ１８７に定期的に渡す。タッチドライバ１８９は、ロック画面の解除のための所定の座標以外の座標をすべてガイダンス・アプリケーション１８１に定期的に送る。

ブロック３０７でガイダンス・アプリケーション１８１は、受け取った座標のパターン認識を行って、非接触ＩＣカード１０の接近を検出したか否かを判断する。ガイダンス・アプリケーション１８１は、あらかじめタッチ・マーク１０５の座標、非接触ＩＣカード１０のサイズおよびＮＦＣアンテナ１３の形状を認識している。非接触ＩＣカード１０を認識するために、あらかじめタブレット端末１００とＮＦＣを行う可能性がある非接触ＩＣカードの金属パターンをタッチパネル１５５が認識してガイダンス・アプリケーション１８１に登録しておくこともできるが、ＮＦＣアンテナ１３のパターンが矩形状であることを前提にすれば必ずしも登録しておく必要はない。

ガイダンス・アプリケーション１８１は、図６（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、少なくともＮＦＣアンテナ１３の３つのコイル辺の座標を受け取って周知の方法でパターン認識をして非接触ＩＣカード１０を判断する。タッチ操作が、タッチ・マーク１０５の近辺に対して行われることを前提にすれば、ガイダンス・アプリケーション１８１は、タッチ・マーク１０５から所定値以上離れた範囲の座標を、パターン認識の対象から除外することもできる。半導体チップ１５は、タッチ操作のやり方によってはタッチパネルが座標を検出しない場合もあるため、図６（Ａ）〜（Ｄ）からは半導体チップ１５のパターンを省略しているが、半導体チップのパターンも含めてパターン認識をすることでもよい。

図６（Ａ）〜（Ｄ）ではいずれも、３つのコイル辺１３ａ〜１３ｃの座標を受け取る例を示している。タッチ操作のやり方によっては４つのコイル辺１３ａ〜１３ｄの座標を受け取る場合もある。ガイダンス・アプリケーション１８１は、ＮＦＣアンテナ１３のサイズ、検出した座標がタッチ・マーク１０５の近辺であること、および認識した座標のパターンがコイル辺１３ａ〜１３ｄの全部または一部であることなどから非接触ＩＣカード１０を認識することができる。

ブロック３０９で非接触ＩＣカード１０を認識したときはブロック３１１に移行し、認識しないときはブロック３０３に戻る。ブロック３１１でガイダンス・アプリケーション１８１は、ＯＳ１８７およびＮＦＣドライバ１９１を通じてＮＦＣモジュール１６１を動作させる。ブロック３１３でガイダンス・アプリケーション１８１がＯＳ１８７を通じてＮＦＣアプリケーション１８３を実行させると、タッチスクリーン１０１にその画面が表示される。

ブロック３１５で、ガイダンス・アプリケーション１８１はこの時点でＮＦＣアプリケーション１８３がＮＦＣを開始していないときに、ＮＦＣを開始できる確率が高い非接触ＩＣカード１０の位置を計算する。ＮＦＣを開始するためには、ＮＦＣアンテナ１３、２００がより強い電磁結合度で結合するような位置に非接触ＩＣカード１０が移動する必要がある。ガイダンス・アプリケーション１８１は、非接触ＩＣカード１０を現在の位置から移動させるときの目標の座標に相当するターゲット・ポイント１０５ａ（図７）をあらかじめ設定している。

ターゲット・ポイント１０５ａの最適な座標は、ＮＦＣアンテナ２００の磁束分布の差により異なるため実験で求めてもよいが、ここでは一例としてタッチ・マーク１０５の座標に一致させている。図７は、タッチドライバ１８９が検出した座標の一例を示している。Ｘ−Ｙ軸は、タッチパネル１５５の左上のコーナーを原点にしているため、Ｘ軸およびＹ軸のマイナス側はガイダンス・アプリケーション１８１だけが認識する仮想的な座標である。図７（Ａ）は最初のタッチ操作でコイル辺１３ｂがＹ軸に平行に置かれた図６（Ａ）に対応する様子を示し、図７（Ｂ）はコイル辺１３ｂがＹ軸に対して傾斜して置かれた図６（Ｂ）に対応する様子を示している。

ガイダンス・アプリケーション１８１は、筐体１０７に収納された状態でＮＦＣアンテナ２００が放射する主たる交番磁束がＹ軸方向に流れていることを認識している。ガイダンス・アプリケーション１８１は、点線で示したコイル辺１３ａのパターン、およびコイル辺１３ｂ、１３ｄの一部のパターンを認識することができる。ガイダンス・アプリケーション１８１は、各コイル辺１３ａ〜１３ｄの中点の座標を計算する。

ガイダンス・アプリケーション１８１はブロック３１７で、Ｙ軸方向にある二つのコイル辺１３ｄ、１３ｂのそれぞれの中点２２、２１とターゲット・ポイント１０５ａとの距離を計算する。ガイダンス・アプリケーション１８１は、ターゲット・ポイント１０５ａとの距離が短い方のコイル辺１３ｂがターゲット・ポイント１０５ａに近づくようなガイダンス情報を計算する。ガイダンス情報は、中点２１とターゲット・ポイント１０５ａの距離および中点２１とターゲット・ポイント１０５ａを結ぶ線のＸ軸に対する傾斜角の情報を含むことができる。ガイダンス・アプリケーション１８１は、ユーザに非接触ＩＣカード１０の位置を変更する方向と場合によってはターゲット・ポイント１０５ａまでの距離を示すガイダンス画面の内容を決定する。

ガイダンス画面の情報は、文字でもよいがここでは短時間で判断が容易な矢印マークを利用するものとする。矢印マークが示す方向を中点２１がタッチ・マーク１０５に向かう方向とし、矢印の長さをタッチ・マーク１０５までの距離に対応させることができる。図６（Ａ）、（Ｂ）には、コイル辺１３ｂの中点２１をタッチ・マーク１０５に近づけるための矢印の方向を示し、図６（Ｃ）、（Ｄ）には、コイル辺１３ｄの中点２２をタッチ・マーク１０５に近づけるための矢印の方向を示している。ブロック３１９でガイダンス・アプリケーション１８１は、ガイダンス画面を表示する。

その結果システムは、ＮＦＣ通信が終了するまでユーザがガイダンス画面に従って非接触ＩＣカード１０の位置を移動させることを期待することができる。ブロック３２１でＮＦＣアプリケーション１８３によるＮＦＣが終了した場合はブロック３５１に移行し、終了していない場合はブロック３２３に移行する。ブロック３２３でガイダンス・アプリケーション１８１は、タッチドライバ１８９から座標を受け取らない場合、または、非接触ＩＣカード１０を認識しなくなった場合はブロック３０３に戻る。

ガイダンス・アプリケーション１８１は、タッチドライバ１８９から定期的に受け取る座標から非接触ＩＣカード１０を認識している場合はブロック３１５に戻って、ＮＦＣ通信が終了するまで非接触ＩＣカード１０の座標計算とガイダンス情報の計算を続けてガイダンス画面を表示する。ガイダンス・アプリケーション１８１は再計算の結果矢印マークの方向および長さを修正して表示することができる。ブロック３５１でＮＦＣアプリケーション１８３からＮＦＣの終了を示すイベントを受け取ったガイダンス・アプリケーション１８１は、ガイダンス画面を停止する。さらにガイダンス・アプリケーション１８１はＮＦＣモジュール１６１を停止し、ブロック３５３でＮＦＣアプリケーション１８３を停止してブロック３０３に戻る。したがって、ＮＦＣモジュール１６１は、ＮＦＣを行う間だけ動作すればよいため、従来に比べて消費電力を低減することができる。

これまでの手順では、待機状態のタブレット端末に対して非接触ＩＣカード１０のタッチ操作をしてＮＦＣを行う方法を説明したが、ブロック３０１で一般アプリケーション１８５を実行しているときにＮＦＣができるようにすることもできる。この場合の動作の一例として、タッチドライバ１８９は、タッチパネル１５５が検出した座標をガイダンス・アプリケーション１８１と実行中の一般アプリケーション１８５の両方に送る。ガイダンス・アプリケーション１８１は、受け取った座標から非接触ＩＣカード１０を認識したときは、ＮＦＣアプリケーション１８３を起動し、認識しないときは座標を破棄する。

一般アプリケーション１８５は、画面の入力位置に対する座標を検出したときはそれに応じた動作をする。タッチパネル１５５が検出した座標からガイダンス・アプリケーション１８１が非接触ＩＣカード１０を認識し、同時に一般アプリケーション１８５も画面に対する入力を認識したときは、ガイダンス・アプリケーション１８１によるＮＦＣアプリケーション１８３の起動を優先させることができる。

図８は側面放射型のＮＦＣアンテナの他の例を説明するための図である。図８（Ａ）は平面図で、図８（Ｂ）は図８（Ａ）のＺ２−Ｚ２矢視で切断した断面図である。ＮＦＣアンテナ４００は、表側の絶縁基板４０１と裏側の絶縁基板４０２の表面に形成したアンテナ・コイル４０７を含んでいる。絶縁基板４０１、４０２の材質やアンテナ・パターンの形成方法は、ＮＦＣアンテナ２００と同様とすることができる。

絶縁基板４０１と絶縁基板４０２の間には磁性体シート４０５を挟み込んでいる。アンテナ・コイル４０７は、絶縁基板４０１に形成された表面パターン４０７ａと絶縁基板４０２に形成された裏面パターン４０７ｂを含む。表面パターン４０７ａと裏面パターン４０７ｂは、全体が１本の連続した導線となってループ・コイルを形成するように端部において内部をメッキしたスルーホール（ビア・ホール）で電気的に接続している。

アンテナ・コイル４０７の両端は、絶縁基板４０２に実装した共振回路４１１に接続している。アンテナ・コイル４０７は、磁性体シート４０５の側部４０３、４０４にアンテナ・コイル４０７のコイル開口に相当する鎖交磁束の出入り口を備える。ＮＦＣアンテナ４００は、側部４０３が側壁のプラスチック部材１０８を向くようにタブレット端末１００に組み込む。

タブレット端末１００とＮＦＣを行うデバイスは、非接触ＩＣカード１０に代えて、筐体がプラスチックで形成されたスマートフォンのようなタッチパネル１５５がアンテナの認識が可能な携帯式デバイスでもよい。またこれまで、タブレット端末１００に側面放射型のアンテナ２００、４００を組み込んだときのガイダンス画面の表示ついて説明したが、本発明は、図９に示すように正面放射型のＮＦＣアンテナ５００に対するタッチ操作に対しても適用することができる。この場合は、タッチスクリーン１０１にタッチ・マークを表示することができないため、たとえば、ＮＦＣアンテナ５００のコイル開口の中心にシステムが認識するターゲット・ポイント５０１ａを設定する。

ユーザはタッチスクリーン１０１に対して非接触ＩＣカード１０のタッチ操作をするが、タッチ・マークがないため適切な位置が探せない場合がある。このときガイダンス・アプリケーション１８１は、ＮＦＣが終了するまで非接触ＩＣカード１０のコイル軸１７がターゲット・ポイント５０１ａに近づく方向を示す矢印マークを表示すれば短時間でＮＦＣができるようになる。

これまで本発明について図面に示した特定の実施の形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られたいかなる構成であっても採用することができることはいうまでもないことである。

１０ 非接触ＩＣカード
１３ ＮＦＣアンテナ
１３ａ〜１３ｄ コイル辺
１００ タブレット端末
１０１ タッチスクリーン
１０３ 縁枠
１０５ タッチ・マーク
１０５ａ、５０１ａ ターゲット・ポイント
１０６ 磁束
１０９ａ タッチ面
２００ 側面放射型のＮＦＣアンテナ
５００ 正面放射型のＮＦＣアンテナ

Claims (20)

1. タッチスクリーンと第１のアンテナを実装する電子機器と第２のアンテナを搭載する携帯式デバイスが無線通信をする方法であって、
   前記第２のアンテナを前記タッチスクリーンが検出するステップと、
   前記第２のアンテナの検出に応じて前記電子機器が前記無線通信に関連する所定の動作をするステップと
   を有する方法。
2. 前記無線通信が電磁誘導方式の近距離無線通信（ＮＦＣ）である請求項１に記載の方法。
3. 前記第２のアンテナが矩形状のコイル・パターンで構成されている請求項１に記載の方法。
4. 前記所定の動作が、前記第１のアンテナと前記第２のアンテナの電磁結合度を高めるための前記携帯式デバイスの移動方向を示す情報を前記タッチスクリーンに表示する動作である請求項３に記載の方法。
5. 前記検出するステップが、前記第２のアンテナのコイル辺の座標を検出するステップを含む請求項４に記載の方法。
6. 前記電子機器にターゲット・ポイントを設定するステップを有し、
   前記移動方向を示す情報が、前記コイル辺を前記ターゲット・ポイントに近づける方向を示している請求項５に記載の方法。
7. 前記ターゲット・ポイントがユーザにタッチ操作の目標を提供するためのタッチ・マークの位置に一致する請求項６に記載の方法。
8. 前記移動方向を示す情報が、磁束の流れる方向に存在する前記ターゲット・ポイントに最も近いコイル辺を前記ターゲット・ポイントに近づける方向を示す請求項６に記載の方法。
9. 前記移動方向を示す情報が、前記携帯式デバイスの移動に伴って前記ターゲット・ポイントと前記最も近いコイル辺の距離の変化を示す情報を含む請求項８に記載の方法。
10. 前記所定の動作が、前記無線通信をするためのデバイスの電源を起動する動作である請求項１に記載の方法。
11. 前記所定の動作が、前記無線通信をするためのプログラムを起動する動作である請求項１に記載の方法。
12. 電磁結合を利用して携帯式デバイスと無線通信をすることが可能な電子機器であって、
    前記携帯式デバイスに対するタッチ面を提供するタッチスクリーンと、
    前記タッチ面の近辺に配置されたアンテナと、
    前記携帯式デバイスが前記アンテナに接近したことを前記タッチスクリーンの信号から検出して前記電子機器に前記無線通信に関連する所定の動作をさせる制御部と
    を有する電子機器。
13. 前記アンテナが前記タッチ面に垂直な方向とは異なる方向に主たる磁束の出入り口を備える側面放射型のアンテナである請求項１２に記載の電子機器。
14. 前記タッチスクリーンが、ディスプレイと静電容量式のタッチパネルとを含んで構成されている請求項１２に記載の電子機器。
15. 前記所定の動作が、前記携帯式デバイスを前記タッチ面において移動させる方向を示す情報を前記タッチスクリーンに表示する動作である請求項１２に記載の電子機器。
16. 前記移動させる方向を示す情報が矢印マークである請求項１５に記載の電子機器。
17. 前記電子機器がタブレット端末で前記携帯式デバイスが非接触ＩＣカードである請求項１２に記載の方法。
18. 前記アンテナが前記タッチスクリーンの正面に磁束の通路を備える正面放射型のアンテナである請求項１２に記載の電子機器。
19. 第１のアンテナを実装する電子機器と前記第１のアンテナが放射する磁束と鎖交する第２のアンテナを搭載する携帯式デバイスが無線通信をするために、前記電子機器に、
    前記第２のアンテナの座標を静電容量の変化で検出するステップと、
    前記座標のパターンから前記第２のアンテナを認識するステップと、
    前記第２のアンテナの認識に応じて前記無線通信に関連する所定の動作をするステップと
    を有する処理をさせるためのコンピュータ・プログラム。
20. 前記第２のアンテナが４つのコイル辺を含み、前記所定の動作がいずれかのコイル辺がターゲット・ポイントに接近する方向を示す情報をディスプレイに表示する動作である請求項１８に記載のコンピュータ・プログラム。

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