JP4555104B2

JP4555104B2 - 携帯端末装置

Info

Publication number: JP4555104B2
Application number: JP2005023912A
Authority: JP
Inventors: 貫二郎清水; 久仁貴伊藤
Original assignee: Sony Ericsson Mobile Communications Japan Inc
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2005-01-31
Filing date: 2005-01-31
Publication date: 2010-09-29
Anticipated expiration: 2025-01-31
Also published as: JP2006211551A

Description

本発明は、非接触型のＩＣカード等と称される近距離無線通信機能が内蔵された無線電話端末などの携帯電話端末に関する。

近年、交通機関の乗車券、会員証や社員証、店での代金決済手段用のカード等として、非接触型のＩＣカードの利用が急速に広まっている。非接触型のＩＣカードは、近接したリーダ・ライタとの間で無線通信を行って、認証処理を行うので、財布やパスケースなどの中に入れたままで使用でき、磁気カードなどに比べて使い勝手がよい。

一方、このような非接触型のＩＣカード（或いはＩＣカードと同等の機能の回路部品）を、携帯電話端末などの携帯用の電子機器に内蔵させて、これらの機器を使用して、同様の認証や決済を行えるようにすることが提案されている。なお、携帯端末にＩＣカード機能部を組み込む場合などには、半導体チップなどの回路部品と、その回路部品に接続されたアンテナなどでＩＣカード機能部が構成されて、カード型の形状とはなっていないが、以下の説明ではＩＣカードと称した場合、特に説明がない限りは、ＩＣカード機能に相当する各種形状の部分を含むものである。また、この種の非接触型のＩＣカードは、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）や無線ＩＣタグなどとも称され、単体で使用される場合でもカード型以外にラベル型、コイン型、スティック型など、種々の形状のものが想定されるが、ここでは便宜上ＩＣカードと称する。

図４は、一般的なＩＣカードの構成例を示したものである。リーダ・ライタと無線通信を行うためのループアンテナ９１の一端及び他端が、半導体チップで構成されたＲＦＩＤブロック９４と接続してあり、ループアンテナ９１と並列に同調用コンデンサ９２が接続してあり、さらにループアンテナ９１の一端に整流用ダイオード９３が接続してある。

このような構成で、リーダ・ライタと無線通信を行う場合には、リーダ・ライタからの電磁誘導で、ＲＦＩＤブロック９４が作動するようにしてある。即ち、ループアンテナ９１で受信した信号に対して、リーダ・ライタが出力する所定の周波数の搬送波に同調させる処理を同調用コンデンサ９２で行って、ＲＦＩＤブロック９４でその同調した信号の復調を行って、受信データを得る。さらに、ＲＦＩＤブロック９４内で、検出された搬送波をＡＳＫ(Amplitude shift keying)変調などで変調して、リーダ・ライタ側に送信する信号を生成させ、ループアンテナ９１から送信するようしてある。

図４に示した回路は、ＩＣカード機能部に相当する回路だけを示してあり、カード形状の単体のＩＣカードである場合には、この図４の回路だけでよいが、例えば携帯電話端末に内蔵されている場合には、無線電話機能部が別途用意されている。

特許文献１には、非接触型のＩＣカードについての開示がある。
特開２００３−３２３５９５号公報（図１）

ところで、ＩＣカード機能部がリーダ・ライタと無線通信を行う場合には、リーダ・ライタからの電磁誘導で、ＩＣカード機能部が作動するので、基本的には、ＩＣカードに組み込まれたアンテナとリーダ・ライタとが、出来るだけ近接した状態である必要がある。ここで単体のＩＣカードとして構成した場合には、通常、カード本体を合成樹脂で板状に形成させて、そのカード本体にループアンテナを１個だけ配置した構成としてあるが、カードの表面をリーダ・ライタに近づけた場合と、カードの裏面をリーダ・ライタに近づけた場合のいずれの場合であっても、ほぼ同様の条件でリーダ・ライタと近距離無線通信が可能である。

これに対して、ＩＣカード機能部を携帯電話端末に内蔵させた場合には、端末内部に各種処理を行うための部品や基板などが内蔵され、シールド用の金属板なども配置されているので、ループアンテナ１個だけの構成で、端末の両面でリーダ・ライタと無線通信を行うことは困難である。即ち、例えば現状の製品では、端末を構成する筐体の裏面側にループアンテナを内蔵させて、その裏面側をリーダ・ライタに近づけたとき、良好に無線通信ができるようにしてあり、端末の表面側をリーダ・ライタに近づけた場合には、無線通信性能が大幅に劣るようになっている。

この問題点を回避するためには、例えば端末を構成する筐体の表面と裏面の双方に、ループアンテナを配置することが考えられるが、単純に２つのアンテナを、図４に示したＲＦＩＤブロック９４に同時に接続させてしまうと、受信感度が低下してしまう問題があり、２つのアンテナの信号を同時に受信するダイバーシティ受信を行う構成とした場合、ＲＦＩＤブロックとして２つの受信系を備えた複雑な構成とする問題があり、汎用のＲＦＩＤチップが使用できなくなってしまう。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、端末装置にＩＣカード機能部を内蔵させた場合における通信性能の向上が簡単な構成でできるようにすることを目的とする。

本発明は、筐体の表面側及び裏面側に近距離無線通信用の第１及び第２のアンテナを配置し、判別手段で判別された筐体の状態が、筐体の表面側及び裏面側が水平状態にあると判別される場合には、下に位置する第１のアンテナ又は第２のアンテナを選択し、筐体の表面側及び裏面側が垂直状態にあると判別された場合には、第１及び第２のアンテナの受信強度を比較し、受信強度が高い方を、リーダ・ライタと近接した側であるとして第１及び第２のアンテナを選択して、その選択されたアンテナでリーダ・ライタと近距離無線通信を行う構成としたものである。

このようにしたことで、筐体の表面側と裏面側に配置された２つのアンテナの内で、リーダ・ライタと通信を行う可能性の高い状態のアンテナだけが近距離無線通信手段に接続され、その選択されたアンテナを使用して近距離無線通信が行われる。

本発明によると、筐体の表面側と裏面側に配置された２つのアンテナの内で、リーダ・ライタと通信を行う可能性の高い状態のアンテナだけが近距離無線通信手段に接続され、その選択されたアンテナを使用して近距離無線通信が行われるので、表面側と裏面側のいずれをリーダ・ライタに近づけた場合でも、良好に近距離無線通信が行える。

特に本発明においては、加速度の検出から筐体が下側を向いたと判別された面に配置されたアンテナを選択させる処理と、所定レベル以上の受信強度が検出されたアンテナを選択させる処理を組み合わせることで、様々なケースで最適にアンテナが選択されて、良好に通信できるようになる。

以下、本発明の第１の実施の形態を、図１及び図２を参照して説明する。

本例においては、携帯電話端末装置に、非接触型のＩＣカード機能を内蔵させた例としてある。図１に示した構成について説明すると、リーダ・ライタと近距離無線通信を行うための第１及び第２のループアンテナ１１及び１２を備え、携帯電話端末装置を構成する筐体内に配置してある。リーダ・ライタと近距離無線通信を行う周波数としては、例えば１３．５６ＭＨｚとしてある。

図２に、２つのループアンテナ１１，１２の配置例について説明すると、ここでは、例えば携帯電話端末装置本体を構成する筐体１として、第１筐体１ａと第２筐体１ｂとを、所定のヒンジ部で折り畳み可能な構成としてあるとする。このとき、第１のループアンテナ１１を第１筐体１ａの表面（上側）の近くに配置し、第２のループアンテナ１２を第２筐体１ｂの裏面（下側）の近くに配置する。また、後述する加速度センサ２１が何れか一方の筐体内に配置してある。

図１に戻って、各ループアンテナ１１，１２に接続される回路について説明すると、第１のループアンテナ１１の一端及び他端には、同調用のコンデンサ１３が接続してあり、第２のループアンテナ１２の一端及び他端には、同調用のコンデンサ１４が接続してあり、さらに第１のループアンテナ１１の他端に整流用ダイオード１７が接続してあり、第２のループアンテナ１２の他端に整流用ダイオード１８が接続してある。そして、第１のループアンテナ１１と第２のループアンテナ１２は、切換スイッチ１５及び１６を介して選択的にＲＦＩＤ回路ブロック１９に接続される構成としてある。切換スイッチ１５及び１６でＲＦＩＤ回路ブロック１９に接続されるアンテナの選択は、制御部２３の制御で行われ、何れか一方のループアンテナだけをＲＦＩＤ回路ブロック１９に接続させる制御を行う。整流用ダイオード１７及び１８は、ＲＦＩＤ回路ブロック１９とスイッチ１６との間に、１個だけ接続させる構成としてもよい。

ＲＦＩＤ回路ブロック１９内では、接続されたループアンテナ１１又は１２を使用して受信処理及び送信処理を行う。即ち、リーダ・ライタから２１２ｋＨｚの副搬送波でＡＳＫ変調されて伝送された受信データを復調する処理を行うとともに、そのリーダ・ライタからの電磁波を受信している状態で、リーダ・ライタに対して送信するデータを、ＡＳＫ変調などで送信する処理を行う構成としてある。リーダ・ライタとの無線通信プロトコルの上位レイヤを実現するＭＰＵ(Micro Processing Unit)システム、クロック抽出回路、不揮発性メモリなどもＲＦＩＤ回路ブロック１９が備わる。このＲＦＩＤ回路ブロック１９は、例えば集積回路で構成され、メモリにはＲＦＩＤとして機能するために必要なデータが記憶させてあり、固有のＩＤなども登録されている。

次に、制御部２３で２つのループアンテナ１１，１２を選択する構成について説明すると、本例においては、携帯電話端末装置本体を構成する筐体内に、加速度センサ２１が内蔵されて、筐体のいずれの面が上側を向いているか検出できる構成としてある。即ち、図２に示すように、筐体１内に加速度センサ２１が内蔵されて、その加速度センサ２１で検出される重力加速度から、第１筐体１ａが上側を向いた状態（図２に示す状態）か、或いは第２筐体１ｂが上側を向いた状態（図２に示す状態と反対の状態）かが区別できるようにしてある。

具体的には、図１に示すように、加速度センサ２１の出力をアナログ・デジタル変換器２２でサンプリングし、そのサンプリングされた加速度データを制御部２３に供給する。制御部２３では、メモリ２４に記憶された比較用テーブルとしての記憶データと加速度データとを比較して、いずれの面が下側であるのか判断する。そして、その判断で下側であると判断した面に配置されたループアンテナ１１又は１２を、ＲＦＩＤ回路ブロック１９に接続させるように、切換スイッチ１５及び１６での接続を制御する。このような制御を行う制御部２３は、ＲＦＩＤ回路ブロック１９を構成する集積回路に内蔵させてもよい。

なお、ＲＦＩＤ回路ブロック１９でのリーダ・ライタとの通信状況を、制御部２３が監視する構成として、リーダ・ライタと通信中である場合には、加速度センサ２１の出力状態に係わらず、切換スイッチ１５及び１６でのアンテナ切換えを禁止するようにして、通信途中での切換えで通信エラーが発生するのを防止させるようにしてもよい。また、単純に筐体の向きに対応した重力加速度の検出状態だけでアンテナ切換えを行うのではなく、切換えにある程度の時定数を持たせて、短い周期で頻繁に切換わるのを防止するようにしてもよい。

次に、電話端末としての構成を簡単に説明しておくと、ＲＦＩＤ回路ブロック１９は、無線電話用回路ブロック３１とデータ転送可能な構成としてある。無線電話用回路ブロック３１は、無線電話通信用のアンテナ３２が接続してあり、通話やメールデータなどの伝送、インターネットへのアクセスなどのための無線電話通信が行われる。表示部３３で電話機としての表示が行われ、操作部３４で発信や着信などの操作が行える。表示部３３でＲＦＩＤ回路ブロック３４での通信状態（認証状態や課金状態など）に関する表示を行うようにしてもよい。

なお、ＲＦＩＤ回路ブロック１９は、リーダ・ライタからの電磁波を蓄積させてダイオード１７及び１８で整流された電源を作動用電源として使用しても良いが、無線電話側の電源回路から供給される電源で作動させてもよい。但し、加速度センサ２１から制御部２３までの構成については、無線電話側の電源回路から供給される電源で常時作動するようにして、最適なアンテナ切換えは常時行われる構成とした方が好ましい。

このように構成した本例の携帯電話端末装置によると、端末装置に内蔵された非接触型のＩＣカード機能を利用して、リーダ・ライタと無線通信を行う際に、端末装置を構成する筐体を何れの面を上に向けた状態であっても、リーダ・ライタと良好に無線通信できる。即ち、例えば図２に示すように、駅の改札口や商店のレジの近傍などに設置されたリーダ・ライタ２と近接させて、近距離無線通信を行う際には、上側を向いて設置された接触部２ａに携帯電話端末装置１を接近させて通信を行うが、図２に示す状態である、筐体１ｂを下側に向けた場合には、その向きが検出されて第２ループアンテナ１２がＲＦＩＤ回路ブロック１９に接続されて無線通信を行う状態となり、リーダ・ライタ２の接触部２ａとループアンテナ１２とが対向した状態で無線通信が行われ、良好に無線通信ができる。

また、図２に示す状態とは反対の状態である、筐体１ａを下側に向けた場合には、その向きが検出されて第１ループアンテナ１１がＲＦＩＤ回路ブロック１９に接続されて無線通信を行う状態となり、リーダ・ライタ２の接触部２ａとループアンテナ１１とが対向した状態で無線通信が行われ、良好に無線通信ができる。

次に、本発明の第２の実施の形態を、図３を参照して説明する。本実施の形態においても、携帯電話端末装置に、非接触型のＩＣカード機能を内蔵させた例としてあり、第１の実施の形態で説明した図１などと同一部材には同一符号を付してある。リーダ・ライタと近距離無線通信を行う周波数としては、ここでは第１の実施の形態と同様に、１３．５６ＭＨｚとしてある。

図３は、本実施の形態における構成を示した図である。本例においても、リーダ・ライタと近距離無線通信を行うための第１及び第２のループアンテナ１１及び１２を備え、携帯電話端末装置を構成する筐体内に配置してある。２つのループアンテナ１１，１２の配置例としては、例えば既に説明した図２に示したように、第１のループアンテナ１１を第１筐体１ａの表面（上側）の近くに配置し、第２のループアンテナ１２を第２筐体１ｂの裏面（下側）の近くに配置する。

各ループアンテナ１１，１２に接続される回路についても、第１の実施の形態で説明した構成と同じである。即ち、第１のループアンテナ１１の一端及び他端には、同調用のコンデンサ１３が接続してあり、第２のループアンテナ１２の一端及び他端には、同調用のコンデンサ１４が接続してあり、さらに第１のループアンテナ１１の他端に整流用ダイオード１７が接続してあり、第２のループアンテナ１２の他端に整流用ダイオード１８が接続してある。そして、第１のループアンテナ１１と第２のループアンテナ１２は、切換スイッチ１５及び１６を介して選択的にＲＦＩＤ回路ブロック１９に接続される構成としてある。切換スイッチ１５及び１６でＲＦＩＤ回路ブロック１９に接続されるアンテナの選択は、制御部２３′の制御で行われ、何れか一方のループアンテナだけをＲＦＩＤ回路ブロック１９に接続させる制御を行う。ＲＦＩＤ回路ブロック１９内では、接続されたループアンテナ１１又は１２を使用して受信処理及び送信処理を行う。

そして本例においては、制御部２３′で２つのループアンテナ１１，１２を選択する構成が第１の実施の形態と異なる。以下、制御部２３′でアンテナを選択する構成について説明すると、本例においては、携帯電話端末装置本体を構成する筐体内に、加速度センサ２１が内蔵されて、筐体のいずれの面が上側を向いているか検出できる構成としてある。即ち、加速度センサ２１の出力をアナログ・デジタル変換器２２でサンプリングし、そのサンプリングされた加速度データを制御部２３′に供給する。制御部２３′では、メモリ２４に記憶された比較用テーブルとしての記憶データと加速度データとを比較して、いずれの面が下側であるのか判断する。

そして、加速度を判断する構成とは別に、２つのループアンテナ１１，１２での受信強度の内のいずれの受信強度が強いかを検出する構成を設けてある。即ち、各ループアンテナ１１，１２の一端に得られる受信信号を、それぞれ別のピークホールド回路２５，２６に供給する。ピークホールド回路２５，２６では、リーダ・ライタからの１３．５６ＭＨｚの搬送波をアンテナ１１又は１２で受信した場合に、その受信強度がある程度の時定数でピークホールドされる構成としてある。それぞれのピークホールド回路２５，２６でホールドされたピーク値は、比較器２７で比較して、ある程度以上の受信強度がある状態で、いずれのアンテナ側の受信強度が強いかを示すデータを、制御部２３′に供給する。

制御部２３′では、この受信強度に関するデータと、加速度センサ２１で検出された筐体の向きのデータとを総合的に判断して、切換スイッチ１５及び１６で選択するアンテナを決める。例えば、何れのアンテナ１１，１２からもリーダ・ライタからの搬送波信号の受信がない状態では、加速度センサ２１の出力に基づいて、筐体の下側を向いたアンテナをＲＦＩＤ回路ブロック１９に接続させて、待機する。このように切換えさせた状態で、両アンテナ１１，１２からある程度の受信強度が検出された場合には、そのときの受信強度に応じて、アンテナ１１，１２の内の受信強度が高い方のアンテナに切換えさせる。但し、２つのアンテナ１１，１２の内の受信強度の差が、それ程ない場合（予め設定された所定レベル未満である場合）には、筐体の下側を向いたアンテナを接続させた状態を維持させてもよい。また、いずれかのアンテナ１１，１２が接続された状態で、リーダ・ライタとの無線通信が開始された後には、その通信が終了するまで、現在の通信を維持させるようにして、通信途中での切換えで通信エラーが発生するのを防止させるようにしてもよい。

このように、携帯端末装置本体を構成する筐体の向きと、両アンテナ１１，１２の受信レベルとに応じて、通信に使用するアンテナを切換えさせる構成としたことで、アンテナの選択が良好に行える。即ち、本例の携帯端末装置に内蔵されたＩＣカード機能と通信を行うリーダ・ライタは、例えば図２に示したように、ＩＣカードとの接触部２ａが上側を向いたものが大部分であり、その大部分のリーダ・ライタと良好に通信可能な状態で常に待機した状態となり、その状態でリーダ・ライタに近づくと、迅速にリーダ・ライタとの無線通信を開始することができる。そして、一部のリーダ・ライタについては、ＩＣカードとの接触部が垂直に近い状態で設置されるような場合もあり、そのような位置関係の場合には、筐体の上側を向いたアンテナの方が良好に通信できる可能性もあるが、本例の場合には受信強度に基づいて切換わるので、そのような場合にも対処できる。

なお、この第２の実施の形態では、加速度センサ２１での筐体の向きの検出と、比較器２７での受信レベルの強い方の検出とを組み合わせて、２つのアンテナ１１，１２を選択する構成としたが、ピークホールド回路２５，２６と比較器２７とによる受信レベルの強い方の検出だけを行い、その受信レベルの強い方のアンテナを常時選択させ、次に受信レベルが所定レベル以上強くなるまでは、その接続を維持させる構成として、加速度センサ２１により筐体の向きを検出する構成については設けないようにしてもよい。

また、第１及び第２の実施の形態では、加速度センサによる重力加速度の検出で、筐体の向きを検出して、２つのアンテナを切換えるようにしたが、加速度センサ以外の方向判定手段で、筐体の向きを検出して、下側となる面に配置されたアンテナを接続させる構成としてもよい。

また、リーダ・ライタと無線通信を行うアンテナとして、ループアンテナを使用した例を示したが、その他の構成のアンテナを使用してもよい。例えば、回路基板上に配置されたチップアンテナなどを使用してもよい。また、端末装置を構成する筐体の表面と裏面の２個所に配置したアンテナを切換える構成としたが、３つ、或いはそれ以上のアンテナを筐体のそれぞれ異なる面に配置して、センサなどで下側と検出された面に配置されたアンテナを接続させるようにしてもよい。例えば、図２に示した筐体の上面と下面の他に、側面にもループアンテナを設置して、その側面が下側を向いたと判定された場合に、その側面のアンテナを接続させるようにしてもよい。

また、携帯電話端末装置以外の携帯端末装置（例えばＰＤＡ：Personal Digital Assistanceなどの携帯用情報処理端末）に、ＩＣカードやＩＣタグの機能を内蔵させた場合にも本発明は適用可能である。

本発明の第１の実施の形態による例を示す構成図である。本発明の第１の実施の形態によるアンテナ配置例を示す斜視図である。本発明の第２の実施の形態による例を示す構成図である。従来のＩＣカードの例を示す構成図である。

符号の説明

１…筐体、１ａ…第１筐体、１ｂ…第２筐体、２…リーダ・ライタ、１１…第１ループアンテナ、１２…第２ループアンテナ、１３，１４…同調用コンデンサ、１５，１６…切換スイッチ、１７，１８…整流ダイオード、１９…ＲＦＩＤ回路ブロック、２１…加速度センサ、２２…アナログ・デジタル変換器、２３，２３′…制御部、２４…メモリ、２５，２６…ピークホールド回路、２７…比較器、３１…無線電話用回路ブロック、３２…アンテナ、３３…表示部、３４…操作部

Claims

筐体内に、リーダ・ライタが出力する所定の周波数の搬送波を検出して、前記リーダ・ライタと近距離無線通信を行う近距離無線通信機能部を備えた携帯端末装置において、
前記筐体の表面側及び裏面側に配置された前記近距離無線通信用の第１及び第２のアンテナと、
前記筐体の状態を判別する判別手段と、
前記判別手段で判別された筐体の状態が、前記筐体の表面側及び裏面側が水平状態にあると判別される場合には、下に位置する前記第１のアンテナ又は第２のアンテナを選択し、前記筐体の表面側及び裏面側が垂直状態にあると判別された場合には、前記第１及び第２のアンテナの受信強度を比較し、受信強度が高い方を、前記リーダ・ライタと近接した側であるとして前記第１及び第２のアンテナを選択する選択手段と、
前記選択手段で選択されたアンテナが接続されて、近距離無線通信を行う近距離無線通信手段とを備えたことを特徴とする
携帯端末装置。
請求項１記載の携帯端末装置において、
前記判別手段は、加速度センサと、その加速度センサの出力と比較するための比較用テーブルとを備えた
携帯端末装置。