JP4831501B2 - Wireless communication device and wireless communication system - Google Patents
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Description
本発明はセキュリティ分野等で用いられる無線通信機及び無線通信システムに関する。 The present invention relates to a wireless communication device and a wireless communication system used in the security field and the like.
従来、クレジットカードやキャッシュカード等のカードにIC(集積回路)を組み込み、ICに特定の情報を記憶させて、非接触方式で読み取り/書き込み装置との間で情報を送受信又は更新する非接触型ICカードシステムが運用されている。例えば、特許文献1には、太陽光エネルギーを電力に変換する太陽電池と、この太陽電池によって充電される二次電池と、この二次電池とICとの間に設けられたスイッチと、磁界を受けて誘電起電力を生じさせる薄型コイルを備え、薄型コイルに生じる誘導起電力を受けてスイッチをオンさせることにより、二次電池からICに電源電圧を供給するICカードが開示されている。
Conventionally, a non-contact type in which an IC (integrated circuit) is embedded in a card such as a credit card or a cash card, specific information is stored in the IC, and information is transmitted / received or updated with a reading / writing device in a non-contact manner. IC card system is in operation. For example,
また、クレジットカードやキャッシュカードとは別に、データ処理装置等の操作者のネームプレートに情報を送信する機能を持たせた非接触型のカードシステムも一般に知られている。例えば、特許文献2には、薄型電池と電子回路と発信素子とを含む通信装置を内蔵したネームプレート装置から発信された識別信号を受信し、その識別信号に応じた識別コードが予め記憶された識別コードと一致する場合に、データ処理装置の操作を許可するように構成した入力許可システムが記載されている。
In addition to a credit card or a cash card, a contactless card system having a function of transmitting information to an operator nameplate of a data processing apparatus or the like is also generally known. For example,
ところで、かかる従来の非接触型ICカードシステムにおいて、ICカード等を無線送信機(送信モジュール)として用い、いわゆるフラッパーゲートのようなセキュリティゲート装置(例えば、特許文献3には、非接触券媒体を用いて改札処理する改札機の例が記載されている。)といった端末機器に無線受信機(受信モジュール)が搭載(内蔵)された場合、無線送信機の使用状態によっては、送信される電波の指向性が変化してしまい、操作を行いたい端末装置を操作できないことがあり得る。また、そのような電波の指向性の変化により、例えば、複数のセキュリティゲートが併設されている場合には、操作を行いたいセキュリティゲートとは異なるセキュリティゲートが開閉されてしまうことも考えられる。
By the way, in such a conventional non-contact IC card system, an IC card or the like is used as a wireless transmitter (transmission module), and a security gate device such as a so-called flapper gate (for example,
さらに、無線送信機から送信される電波の指向性及びその電波の検知範囲(領域)が制御できなかったり、電波の指向性そのものが、周囲の環境(電波環境や機器の設置環境)に左右され易かったりするため、この場合にも、目的とするセキュリティゲート等の端末装置の操作を確実に行うことができない、或いは、目的以外の端末装置が操作されてしまうといった不都合が起こり得る。 Furthermore, the directivity of radio waves transmitted from a wireless transmitter and the detection range (area) of the radio waves cannot be controlled, or the directivity of radio waves itself depends on the surrounding environment (radio wave environment and equipment installation environment). In this case as well, there is a possibility that the terminal device such as the target security gate cannot be reliably operated or a terminal device other than the target terminal is operated.
そこで、本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、無線送信機や無線受信機といった機器の設置状態(設置環境)やそれらの周囲の電波環境に影響を受けることなく、電波の指向性を所望に制御することができ、これにより、目的とする機器の操作を確実に行うことが可能な無線通信機、及び無線通信システムを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of such circumstances, and the directivity of radio waves is not affected by the installation state (installation environment) of devices such as a radio transmitter and radio receiver and the radio wave environment around them. It is an object of the present invention to provide a wireless communication device and a wireless communication system that can control the performance as desired, and can reliably operate the target device.
上述の課題を解決するため、本発明による無線通信機は、信号処理回路、高周波回路、及びアンテナ素子を有する無線送信機から送信された信号を受信する信号処理回路、高周波回路、及びアンテナ素子を有する無線受信機を備えるものであって、無線受信機のアンテナ素子によって画成されるアンテナ領域内又はそのアンテナ領域の周囲に設けられており、かつ、そのアンテナ素子とともに無線受信機のアンテナ全体の一部を構成する赤外線センサを更に備えており、その無線受信機のアンテナ全体は、赤外線センサの感知領域方向に指向性を有するものである。なお、無線受信機のアンテナ全体の感度を高める観点から、赤外線センサは、アンテナ素子によって画成されるアンテナ領域内に搭載されている方が好ましい。 In order to solve the above-described problems, a wireless communication device according to the present invention includes a signal processing circuit, a high-frequency circuit, and an antenna element that receive a signal transmitted from a wireless transmitter having a signal processing circuit, a high-frequency circuit, and an antenna element. A wireless receiver having the antenna element provided in or around the antenna area defined by the antenna element of the wireless receiver, and the antenna element together with the antenna element An infrared sensor constituting a part is further provided, and the entire antenna of the wireless receiver has directivity in the direction of the sensing area of the infrared sensor. Note that, from the viewpoint of increasing the sensitivity of the entire antenna of the wireless receiver, the infrared sensor is preferably mounted in an antenna region defined by the antenna element.
かかる無線通信機では、無線受信機に備わる信号処理回路が、無線送信機から送信された信号を受信して処理するだけではなく、無線受信機のアンテナ全体の一部を構成する赤外線センサが検出した検知信号を受信して処理するように構成されており、赤外線センサからの検知信号を受信した無線受信機の信号処理回路は、その検知信号に基づいて動作状態が制御され得る。例えば、無線受信機の信号処理回路は、赤外線センサからの検知信号を受信したときに、無線送信機から送信され得るID情報等の情報信号をアンテナ素子で受信してその情報信号を処理するように構成される。このとき、無線受信機のアンテナ全体は、赤外線センサの感知領域方向に指向性を有するので、その感知領域方向の所望の目的エリア内において、赤外線センサで検知したい対象物の動作(人の動き等)を確実に検知することができる。換言すれば、本発明の無線受信機では、所望の目的エリア外における対象物の動作を誤検知してしまうことを確実に防止し得る。 In such a wireless communication device, the signal processing circuit provided in the wireless receiver not only receives and processes the signal transmitted from the wireless transmitter, but also detects the infrared sensor that forms part of the entire antenna of the wireless receiver. The signal processing circuit of the wireless receiver that receives the detection signal from the infrared sensor can be controlled based on the detection signal. For example, when a signal processing circuit of a wireless receiver receives a detection signal from an infrared sensor, the antenna element receives an information signal such as ID information that can be transmitted from the wireless transmitter and processes the information signal. Configured. At this time, since the entire antenna of the wireless receiver has directivity in the direction of the sensing area of the infrared sensor, the movement of the object (such as the movement of a person) that is desired to be detected by the infrared sensor within the desired target area in the direction of the sensing area. ) Can be reliably detected. In other words, the wireless receiver of the present invention can reliably prevent erroneous detection of the operation of the object outside the desired target area.
より具体的には、無線受信機の信号処理回路は、赤外線センサに接続された赤外線検知回路と、その赤外線検知回路、及び無線受信機のアンテナ素子に接続された無線信号受信回路とを有しており、無線信号受信回路は、赤外線検知回路からの検知信号に基づいて動作するように構成され得る。 More specifically, the signal processing circuit of the wireless receiver has an infrared detection circuit connected to the infrared sensor, the infrared detection circuit, and a wireless signal reception circuit connected to the antenna element of the wireless receiver. The wireless signal receiving circuit can be configured to operate based on the detection signal from the infrared detection circuit.
この場合、無線信号受信回路は、通常は非動作状態(スリープ状態)にあり、赤外線センサの感知領域方向の目的エリア内において対象物を検知すると、その検知信号が無線信号受信回路に送出されて、無線信号受信回路が動作状態となる(起動される)。これにより、例えば、無線送信機から送信されるIDナンバー等を含む送信信号(情報信号)を、無線受信機で受信・処理できる状態が生起される一方、赤外線センサからの検知信号が途絶えると、再び非動作状態(スリープ状態)となる。 In this case, the radio signal receiving circuit is normally in a non-operating state (sleep state). When an object is detected in the target area in the direction of the sensing area of the infrared sensor, the detection signal is sent to the radio signal receiving circuit. Then, the radio signal receiving circuit is activated (activated). Thereby, for example, a state in which a transmission signal (information signal) including an ID number transmitted from a wireless transmitter can be received and processed by the wireless receiver is generated, while a detection signal from the infrared sensor is interrupted, It again enters a non-operating state (sleep state).
また、無線受信機のアンテナ全体の指向性に関して言えば、無線受信機のアンテナ全体は、その無線受信機のアンテナ素子によって画成されるアンテナ領域の平面に交差する方向に指向性を有するものである。すなわち、無線受信機のアンテナ全体は、その無線受信機のアンテナ素子によって画成されるアンテナ領域の平面の延在方向には、指向性を有しないように構成することができる。 Regarding the directivity of the entire antenna of the radio receiver, the entire antenna of the radio receiver has directivity in a direction intersecting the plane of the antenna area defined by the antenna element of the radio receiver. is there. That is, the entire antenna of the radio receiver can be configured not to have directivity in the extending direction of the plane of the antenna region defined by the antenna element of the radio receiver.
さらに、無線受信機のアンテナ全体は、無線受信機のアンテナ素子によって画成されるアンテナ領域の平面の一側における感度が、そのアンテナ領域の平面の他側における感度よりも高いものであるとより有用である。つまり、無線受信機のアンテナ全体は、無線受信機のアンテナ素子によって画成されるアンテナ領域の平面を挟んで、その表裏方向に均等な指向性を有しているのではなく、一側(例えば、赤外線センサの赤外線検知方向(感度方向、赤外線センサの前方側)に偏って高い指向性を有すると好適である。 Furthermore, the overall antenna of the radio receiver has a higher sensitivity on one side of the plane of the antenna area defined by the antenna elements of the radio receiver than on the other side of the plane of the antenna area. Useful. In other words, the entire antenna of the wireless receiver does not have an equal directivity in the front and back direction across the plane of the antenna area defined by the antenna element of the wireless receiver, but on one side (for example, It is preferable to have a high directivity that is biased toward the infrared detection direction (sensitivity direction, front side of the infrared sensor) of the infrared sensor.
さらに具体的には、無線受信機のアンテナ全体は、無線受信機の部品搭載面側における感度が、無線受信機の部品搭載面の反対面側における感度よりも高いものであるように構成しても好適である。 More specifically, the entire antenna of the wireless receiver is configured so that the sensitivity on the component mounting surface side of the wireless receiver is higher than the sensitivity on the side opposite to the component mounting surface of the wireless receiver. Is also suitable.
またさらに、下記式(1);
h/A≧0.5 …(1)、
で表わされる関係を満たすように設けられると一層好ましく、下記式(2);
h/A≧0.65 …(2)、
で表わされる関係を満たすように設けられるとより一層好ましい。式中、「h」は赤外線センサの高さを示し、「A」は無線受信機におけるアンテナ素子によって画成されるアンテナ領域の平面の短辺の長さを示す(「A」と「h」は、同じスケール)。
Furthermore, following formula (1);
h / A ≧ 0.5 (1),
It is more preferable that it is provided so as to satisfy the relationship represented by the following formula (2);
h / A ≧ 0.65 (2),
It is even more preferable that it is provided so as to satisfy the relationship represented by. In the formula, “h” indicates the height of the infrared sensor, and “A” indicates the length of the short side of the plane of the antenna area defined by the antenna element in the wireless receiver (“A” and “h”). Are the same scale).
なお、「赤外線センサの高さ」とは、無線受信機において、そのアンテナ素子が設置(搭載)される基板(基体)の設置面から、赤外線センサの上端までの高さを示し、「アンテナ領域の平面の短辺」とは、無線受信機においてアンテナ領域が画成されている領域(例えば、部品搭載基板全体又は略全体)の外周を矩形(方形)とみなしたときの短辺を示す。なお、赤外線センサとアンテナ素子は、それぞれ別の基板上に設置されていてもよい。このように、無線受信機のアンテナ素子によって画成される「アンテナ領域平面」は、矩形に制限されず、例えば、方形の角部が面取りされているような形状でもよく、楕円状でもよく、辺(周囲)において、例えば切り欠きのような凹部が形成されていてもよく、逆に、出っ張りのような凸部が形成されていてもよい。 The “infrared sensor height” refers to the height from the installation surface of the substrate (base) on which the antenna element is installed (mounted) to the upper end of the infrared sensor in the wireless receiver. The “short side of the plane” indicates the short side when the outer periphery of the area where the antenna area is defined in the wireless receiver (for example, the entire component mounting board or substantially the entire board) is regarded as a rectangle (square). The infrared sensor and the antenna element may be installed on different substrates. As described above, the “antenna area plane” defined by the antenna element of the wireless receiver is not limited to a rectangle, and may be, for example, a shape in which square corners are chamfered, an ellipse, On the side (periphery), for example, a concave portion such as a notch may be formed, and conversely, a convex portion such as a bulge may be formed.
本発明の知見によれば、アンテナ領域の平面における赤外線センサの感度方向(以下、便宜的に「前方」という。通常、基板における部品搭載面側。)における無線受信機のアンテナ全体の検知感度(=通信距離)をS1とし、アンテナ領域の平面における赤外線センサの感度方向の逆方向(以下、便宜的に「後方」という。通常、基板における部品搭載面の反対面側)における無線受信機のアンテナ全体の検知感度(=通信距離)をS2としたときに、赤外線センサの一の方向における指向性の高さを示す指標となるS1/S2が、上記式(1)で表わされる条件の場合、2以上、すなわち、赤外線センサによる前方の検知感度が後方の検知感度の2倍以上となり、上記式(2)で表わされる条件の場合、3以上、すなわち、赤外線センサによる前方の検知感度が後方の検知感度の3倍以上となることが確認された。無線受信機がかかる程度の検知感度を有することにより、所望の目的エリア外における対象物の動作を赤外線センサが誤検知してしまうことをより一層確実に防止しでき、赤外線センサで検知したい対象物の動作を一層確実に検知することができる。 According to the knowledge of the present invention, the detection sensitivity of the entire antenna of the wireless receiver in the sensitivity direction of the infrared sensor in the plane of the antenna region (hereinafter referred to as “front” for convenience, usually on the component mounting surface side of the board) ( = Communication distance) is S1, and the antenna of the wireless receiver in the direction opposite to the sensitivity direction of the infrared sensor in the plane of the antenna area (hereinafter referred to as “rear” for convenience. Usually, on the side opposite to the component mounting surface on the board) When the overall detection sensitivity (= communication distance) is S2, when S1 / S2 serving as an index indicating the high directivity in one direction of the infrared sensor is a condition represented by the above formula (1), 2 or more, that is, the detection sensitivity of the front by the infrared sensor is twice or more than the detection sensitivity of the rear, and in the case of the condition expressed by the above formula (2), 3 or more, that is, the infrared sensor Front of the detection sensitivity due it be more than three times behind the detection sensitivity was confirmed. Since the wireless receiver has such detection sensitivity, it is possible to prevent the infrared sensor from erroneously detecting the operation of the object outside the desired target area, and the object to be detected by the infrared sensor. Can be detected more reliably.
さらにまた、赤外線センサは、赤外線検知用窓が設けられた金属筐体を有するものであるとより好ましい。このように赤外線センサにおいて赤外線検知用窓が設けられていると、その感度方向を規制し易くなり、また、金属筐体を有することにより、アンテナ全体の無線感度を高く維持しつつ、上述した赤外線センサの前方感度S1と後方感度S2との比を好適な値に調節し易くなるといった利点がある。 Furthermore, it is more preferable that the infrared sensor has a metal casing provided with an infrared detection window. If the infrared detection window is provided in the infrared sensor in this way, it becomes easy to regulate the direction of sensitivity, and by having the metal casing, the infrared sensitivity described above is maintained while maintaining high wireless sensitivity of the entire antenna. There is an advantage that the ratio of the front sensitivity S1 and the rear sensitivity S2 of the sensor can be easily adjusted to a suitable value.
また、本発明による無線通信システムは、上述した本発明による無線受信機とを備えて有効に構成されるものであって、信号処理回路、高周波回路、及びアンテナ素子を有する無線送信機と、無線通信機から送信された信号を受信する信号処理回路、高周波回路、及びアンテナ素子を有する無線受信機とを備えており、無線受信機のアンテナ素子によって画成されるアンテナ領域内又はそのアンテナ領域の周囲に設けられており、かつ、そのアンテナ素子とともに無線受信機のアンテナ全体の一部を構成する赤外線センサを更に備えており、その無線受信機のアンテナ全体は、赤外線センサの感知領域方向に指向性を有するものである。 In addition, a wireless communication system according to the present invention is effectively configured to include the above-described wireless receiver according to the present invention, and includes a wireless transmitter having a signal processing circuit, a high-frequency circuit, and an antenna element, and a wireless A signal processing circuit for receiving a signal transmitted from a communication device, a high-frequency circuit, and a wireless receiver having an antenna element, and within or within the antenna area defined by the antenna element of the wireless receiver It further includes an infrared sensor that is provided in the periphery and forms a part of the entire antenna of the wireless receiver together with the antenna element. The entire antenna of the wireless receiver is directed toward the sensing area of the infrared sensor. It has sex.
或いは、本発明による無線通信システムは、上述した本発明による無線受信機とを備えて有効に構成されるものであって、信号処理回路、高周波回路、及びアンテナ素子を有する無線送信機から送信された信号を受信する信号処理回路、高周波回路、及びアンテナ素子を有する無線受信機を備えており、無線受信機のアンテナ素子によって画成されるアンテナ領域内又はそのアンテナ領域の周囲に設けられており、かつ、そのアンテナ素子とともに無線受信機のアンテナ全体の一部を構成する赤外線センサを更に備えており、その無線受信機のアンテナ全体は、赤外線センサの感知領域方向に指向性を有するものであり、無線受信機が設けられた側壁を有するゲート装置を更に備える。 Alternatively, a wireless communication system according to the present invention is configured effectively with the above-described wireless receiver according to the present invention, and is transmitted from a wireless transmitter having a signal processing circuit, a high-frequency circuit, and an antenna element. A signal processing circuit for receiving a received signal, a high-frequency circuit, and a wireless receiver having an antenna element, and is provided in or around the antenna area defined by the antenna element of the wireless receiver. And an infrared sensor that forms part of the entire antenna of the wireless receiver together with the antenna element, and the entire antenna of the wireless receiver has directivity in the direction of the sensing area of the infrared sensor. And a gate device having a side wall provided with a wireless receiver.
この構成において、無線受信機が、ゲート装置の側壁の高さ中心よりも下方に設けられていると、人等の肢体の動き(足の動き)を検知し易くなるので有用である。 In this configuration, if the wireless receiver is provided below the center of the height of the side wall of the gate device, it is useful because it becomes easy to detect the movement of the limbs (foot movement) of a person or the like.
またこの場合、無線受信機を複数備えており、複数の無線受信機は、それぞれの赤外線センサの感知領域が重複するように設置されたものであると、目的とする対象物を更に一層確実に検知することが可能となるので好適である。 In this case, a plurality of wireless receivers are provided, and the plurality of wireless receivers are installed so that the sensing areas of the respective infrared sensors overlap with each other. This is preferable because it can be detected.
本発明の無線通信機及び無線通信システムによれば、無線受信機のアンテナ全体が、赤外線センサの感知領域方向に指向性を有し、これにより、その感知領域方向の所望の目的エリア内において、赤外線センサで検知したい対象物の動作を確実に検知し、かつ、所望の目的エリア外における対象物の動作を誤検知してしまうことを確実に防止し得るので、無線送信機や無線受信機といった機器の設置状態(設置環境)やそれらの周囲の電波環境に影響を受けることなく、電波の指向性を所望に制御することが可能となる。また、これにより、目的とする機器の操作を確実に行うことができる。 According to the wireless communication device and the wireless communication system of the present invention, the entire antenna of the wireless receiver has directivity in the direction of the sensing area of the infrared sensor, and thereby, within a desired target area in the direction of the sensing area, It is possible to reliably detect the motion of the target object to be detected by the infrared sensor and to prevent erroneous detection of the motion of the target object outside the desired target area, such as a wireless transmitter or a wireless receiver. The directivity of radio waves can be controlled as desired without being affected by the installation state (installation environment) of the devices and the radio wave environment around them. In addition, this makes it possible to reliably operate the target device.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、図面中、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。さらに、図面の寸法比率は、図示の比率に限定されるものではない。また、以下の実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をその実施の形態のみに限定する趣旨ではない。さらに、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな変形が可能である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Further, the positional relationship such as up, down, left and right is based on the positional relationship shown in the drawings unless otherwise specified. Furthermore, the dimensional ratios in the drawings are not limited to the illustrated ratios. Further, the following embodiments are exemplifications for explaining the present invention, and are not intended to limit the present invention only to the embodiments. Furthermore, the present invention can be variously modified without departing from the gist thereof.
図1は、本発明による無線通信機及び無線通信システムの好適な一実施形態の構成を示す機能ブロック図である。無線通信システム100は、無線送信機1と無線受信機2とを備えるものである。なお、本発明の無線通信機は、無線受信機2のみから構成されるものと捉えてもよい。
FIG. 1 is a functional block diagram showing a configuration of a preferred embodiment of a wireless communication device and a wireless communication system according to the present invention. The
無線送信機1は、例えばカードやプレート状をなす収容ケース10の内部に、電源部40及び無線モジュール50が収容されたものである。電源部40は、太陽電池41(発電素子)、二次電池42(蓄電装置)、及び充電回路43を備えている。また、無線モジュール50は、アンテナ素子20、及び送信モジュール30を備えている。この送信モジュール30は、信号処理回路31と高周波回路32を有するものである。
The
信号処理回路31は、CPUとメモリICといった半導体装置から構成されており、消費電力を抑えるための制御やIDナンバー(識別番号)の出力処理等を行う。メモリICには、IDナンバーと、通信フォーマットとが予め記憶されている。IDナンバーは、無線送信機を一意に識別するために割り当てられたユニークな識別情報である。通信フォーマットは、所定の通信プロトコル(例えば、400MHz帯特定省電力無線用の通信プロトコル)に準拠している。メモリICとしては、不揮発性メモリや揮発性メモリ等の各種のメモリを適用できる。
The
また、CPUは、IDナンバーと共に通信フォーマットをメモリICから読み出し、所定の転送レート(例えば、9600bps)で変調された所定のインターフェース形式(例えば、UARTシリアルインターフェース形式)の変調信号を高周波回路32へ断続的且つ定期的に出力する。CPUとしては、例えば、8ビットマイコン等を用いることができる。
Further, the CPU reads the communication format together with the ID number from the memory IC, and intermittently modulates the modulation signal of a predetermined interface format (for example, UART serial interface format) modulated at a predetermined transfer rate (for example, 9600 bps) to the
さらに、信号処理回路31は、消費電力を抑えるための制御として、図2にタイミングチャートを示すような間欠通信を実施する。かかる間欠通信では、所定の送信サイクル(例えば、15秒周期)のうち通信モードとして動作する送信期間(例えば、15msec)だけIDナンバーが所定の通信フォーマットで出力され、それ以外の待機モード(スリープモード)として動作するスリープ期間(例えば、1485msec)では、信号処理回路31及び高周波回路32の動作は待機状態に移行する。信号処理回路31及び高周波回路32は、通信モードと待機モードとを交互に繰り返すことにより、二次電池42の消費電力を抑えている。
Furthermore, the
また、高周波回路32は、チップインダクタ、チップコンデンサ、チップ抵抗等の受動部品、及び、トランジスタ等の半導体装置といった能動部品から構成される。この高周波回路32は、信号処理回路31からの変調信号を受信し、通信フォーマットに従って、無線送信機1のIDナンバーを含む送信信号(例えば、300MHz帯の2値FSK変調信号)に変調する。アンテナ素子20は、高周波回路32によって生成された送信信号を電磁波に変換して放射する。アンテナ素子20から放射される電磁波は、例えば、基本周波数315MHzの微弱無線規格を遵守する仕様に設計されている。
The high-
太陽電池41は、光エネルギー(太陽光又は照明光等の光エネルギー)を直流電力に変換する発電素子である。無線送信機1の各部(アンテナ素子20、送信モジュール30、及び電源部40)を収容する収容ケース10は、例えば白色ポリカーボネート等の樹脂材料からなっており、適宜の不透明度を有しており、無線送信機1の各部を外部から視認することはできないながらも、光エネルギーが太陽電池41に吸収されるように構成されている。なお、発電素子は、太陽電池41に限られるものではなく、例えば、光エネルギーを電気エネルギーに変換する光発電素子であればよく、補助的に、振動エネルギーを電気エネルギーに変換する振動発電素子、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電変換素子、電磁エネルギーを電気エネルギーに変換する電磁誘導発電素子等がともに搭載されてもよい。また、太陽電池ではない場合には、収容ケース10は、光エネルギーを透過しない程度に不透明であっても構わない。
The
二次電池42は、信号処理回路31及び高周波回路32へ供給される電力を蓄電する蓄電装置である。二次電池42は、例えば、リチウムイオン電池であり、定格で例えばDC3Vの電圧を出力する。この定格電圧の二次電池42では、信号処理回路31及び高周波回路32での最低動作電圧レベルにもよるが、約1.8V〜3.3V程度の範囲で電力が消費される。なお、蓄電装置は、二次電池42に限定されるものではなく、例えば、キャパシタ等でもよい。
The
充電回路43は、太陽電池41から二次電池42への電力供給、及び二次電池42から送信モジュール30への電力供給を制御する。充電回路43は、二次電池42から太陽電池41への電流の逆流を防止する機能や、二次電池42の端子電圧を監視し、過充電時には二次電池42への充電を停止し、過放電時には二次電池42の過放電を停止する機能を有する。具体的には、充電回路43は、二次電池42が十分に充電されるまで、送信サイクルを長くしたり、或いは無線通信を一時停止したりする。また、充電回路43に、送信モジュール30への過電流の流入を防止する保護機能を付加してもよい。
The charging
充電回路43は、信号処理回路31から出力される制御信号CTLの論理値に基づいて上述の電力供給を制御する。送信モジュール30は、上述の如く、通信モードと待機モードとを交互に繰り返す間欠通信を常時実施する。そして、通信モードとして動作する送信期間中には、送信モジュール30は、二次電池42から送信モジュール30へ動作電力(無線伝送に必要な電力)が供給され且つ太陽電池41から二次電池42へ充電電力が供給されないように制御信号CTLの論理値を制御し、待機モードとして動作するスリープ期間中には、送信モジュール30は、二次電池42から送信モジュール30へ待機電力(待機中に消費される電力)が供給され且つ太陽電池41から二次電池42へ充電電力が供給されるように制御信号CTLの論理値を制御する。
The charging
このような制御により、通信モードの期間中に送信モジュール30によって消費された二次電池42の電力を、待機モードの期間中に太陽電池41から二次電池42へ補充することができる。また、待機モード期間中の二次電池42のインピーダンスは、通信モード期間中の二次電池42のインピーダンスよりも低いので、二次電池42を常時充電し続けるよりも容易に充電できるという利点を有する。
By such control, the power of the
なお、通信モードで15mAの電流が消費され、待機モードで1.0μAの電流が消費される場合を想定すると、デューティ0.1%の間欠通信によって消費される平均消費電流は16μAとなる。ここで、太陽電池41の受光照度と発電電流との関係を示す実験データを取得したところ、オフィス内での通常使用時(例えば、胸ポケットに無線通信機10を収納したとき)では、100Lux程度の照度が得られ、この程度の照度によって得られる太陽電池41の発電電流は約16μAである。適度な照度が得られる環境下に無線通信機10を配置しておくことより、無線通信機10の消費電力(通信モード中に消費される動作電力と待機モード中に消費される待機電力との合計電力)は、太陽電池41によって十分に補うことが可能である。これにより、電池交換を不要とし、通信時間に制限がない無線通信機10を提供できる。
Assuming that 15 mA current is consumed in the communication mode and 1.0 μA current is consumed in the standby mode, the average consumption current consumed by intermittent communication with a duty of 0.1% is 16 μA. Here, when experimental data indicating the relationship between the received light illuminance of the
一方、無線受信機2は、例えば、後述するフラッパーゲート装置等のセキュリティゲート装置を含む電子機器、或いは、携帯電話等の携帯端末、パーソナルコンピュータ等のコンピュータ機器、パーソナルコンピュータやその他各種OA機器に接続されるカードやUSB端末機器等の無線通信機能を搭載した電子機器であり、筐体60の内部に収容された無線モジュール70、及びCPU80を備える。無線モジュール70は、アンテナ素子71、高周波回路72、信号処理回路73、及び赤外線センサ74を備える。
On the other hand, the
赤外線センサ74は、そのセンサ本体が、例えば、赤外線検知窓(ウィンドウ)付きの筒状をなすステンレス等の金属筐体に収容されたものであり、外形としては、例えば、高さ10mm程度×直径8mmφ程度のものが挙げられる。また、赤外線センサ74は、アンテナ素子71が設けられており、かつ、そのアンテナ素子71によって画成されるアンテナ領域内、又は、そのアンテナ領域の周囲(近傍)に設置されている。この赤外線センサ74は、アンテナ71素子と相まって、無線モジュール70のアンテナ全体、すなわち「アンテナ7」として機能し、赤外線検知窓の前方に向かって、赤外線による検知の際に高い指向性を有するものである。
The
信号処理回路73は、赤外線センサ74に接続された赤外線検知回路73aと、その赤外線検知回路73aに接続された無線信号受信回路74bを有している。赤外線検知回路73a及び無線信号受信回路74bは、それぞれ、半導体ICを含んでおり、所定の論理演算が可能となっている。
The signal processing circuit 73 includes an
この無線モジュール70では、無線信号受信回路73bは、通常(赤外線センサ74が検知の対象物である動体を感知していない状態、赤外線センサ74の感知領域に動体が侵入していない状態)、非動作状態(スリープ状態)にあり、赤外線センサ74の感知領域方向の目的エリア内において対象物である動体を検知すると、その検知信号が赤外線検知回路73aから無線信号受信回路73bに送出されて、無線信号受信回路73bが動作状態となる(起動される)。これにより、無線送信機1から送信されるIDナンバー等を含む送信信号(情報信号)を、無線受信機2で受信・処理できる状態が生起される。
In this
この状態で、無線送信機1から無線電波として放射された送信信号に含まれるIDナンバーは、アンテナ素子71にて受信され、高周波回路72にて復調され、信号処理回路73の無線信号受信回路73bにて復号されて、所定のインターフェース形式(例えば、UARTシリアルインターフェース形式)でCPU80に出力される。一方、無線信号受信回路73bは、赤外線センサ74からの検知信号が途絶えると、再び非動作状態(スリープ状態)とされる。
In this state, the ID number included in the transmission signal radiated as a radio wave from the
CPU80は、無線モジュール70が受信したIDナンバーに基づいて無線送信機1を認証する。例えば、無線受信機2が携帯電話の場合、無線送信機1を携帯するユーザが移動することにより、無線送信機1と無線受信機2とがある一定の距離以上離れ、赤外線センサ74はユーザを検知せずに、無線受信機2はロックし、無線送信機1と無線受信機2とがある一定の距離以内に近づき、赤外線センサ74の感知領域にユーザが入ると、無線受信機2はアンロックする。
The
ここで、図3A及び図3Bは、それぞれ、無線受信機2が搭載されたいわゆるフラッパーゲート装置等のセキュリティゲート装置3(ゲート装置)を含む無線通信システム100の構成を概略的に示す上面図及び正面図である。なお、本発明の無線通信システムは、無線受信機2とセキュリティゲート装置3から構成されるものと捉えてもよい。
Here, FIGS. 3A and 3B are a top view schematically showing a configuration of a
この無線通信システム100のセキュリティゲート装置3では、人が図3Aに矢印Yで示す方向に通過できるように複数のゲート筐体11(上述した筐体60を兼ねていてもよい)が並んで立設されており、図示の如く、所定のゲート筐体11の高さ中心よりも下方の部位(人の足元が通過する空間に近い部位)であり、かつ、平板状の開閉フラッパー12よりも正面側の部位に無線受信機2が内設されている。各無線受信機2は、先に述べた赤外線センサ74の感知領域Dが、無線受信機2に対向するゲート筐体11に向かって制限された範囲となるような指向性を有している。このように、赤外線センサ74の感知領域Dは、赤外線センサ74の前方に向かって有意な指向性を有しており、逆に、赤外線センサ74の後方には有意な指向性を有しない。
In the
このように構成されたセキュリティゲート装置としての無線通信システム100においては、検知対象である移動体たる人が、図示矢印Yで示す方向に向かってゲート筐体11間を進み、その人の足が無線受信機2の赤外線センサ74の感知領域Dに侵入すると、赤外線センサ74がそれを検知し、その検知信号が、無線モジュール70の信号処理回路73の赤外線検知回路73aから無線信号受信回路73bへ送出される。これにより、非動作状態(スリープ状態)にあった無線信号受信回路73bが起動されて無線受信機2がアンロックされ、その人が携帯している無線送信機1から無線電波として放射された送信信号に含まれるIDナンバーが、アンテナ素子71にて受信され、かつ、高周波回路72にて復調され、信号処理回路73の無線信号受信回路73bにて復号されてCPU80に出力される。そして、CPU80は、そのIDナンバーを認証し、閉じていた開閉フラッパー12を開放する制御処理を行う。
In the
次いで、図4A及び図4Bは、それぞれ、無線受信機2のゲート筐体11における設置高さと設置角度が異なる(鉛直下方に傾斜した向き)こと以外は、図3A及び図3Bに示す無線通信システム100と同様に構成された無線通信システム(便宜上、同じ符号100で示す。)の構成を概略的に示す上面図及び正面図である。なお、図3Aと図4Aとは、実質的に同一の図である。これらの図4A及び図4Bに示す無線通信システム100も、図3A及び図3Bに示す無線通信システム100と同様の動作を奏する。また、無線受信機2が、下方に傾いて設けられているので、赤外線センサ74の感度が前方の遠い位置まで及ぶ場合(前方の通信距離が長い場合)でも、隣接されたゲート筐体11を超えて感度を有することが抑止され、これにより、隣接されたゲート筐体11側の開閉フラッパー12が誤動作して開閉してしまうことを防止し易くなる。
Next, FIGS. 4A and 4B are the wireless communication systems shown in FIGS. 3A and 3B, except that the installation height and the installation angle in the
さらに、図5A及び図5Bは、それぞれ、無線受信機2の所定のゲート筐体11における設置数量が異なること以外は、図3A及び図3Bに示す無線通信システム100と同様に構成された無線通信システム(便宜上、同じ符号100で示す。)の構成を概略的に示す上面図及び正面図である。この無線通信システム100では、図示の如く、一対(一組)のゲート筐体11,11及び開閉フラッパー12,12に対して、一対(一組)の無線受信機2,2が設けられている。
Further, FIGS. 5A and 5B are wireless communications configured in the same manner as the
これらの図5A及び図5Bに示す無線通信システム100も、図3A及び図3Bに示す無線通信システム100と同様の動作を奏する。また、赤外線センサ74の感度が前方の短い位置までしか及ばない場合(前方の通信距離が短い場合)でも、ゲート筐体11,11間を人が通るときに、その人がいずれかのゲート筐体11に偏った位置を通過したとしても、その人を確実に検知することができる。
The
ここで、無線受信機2においてアンテナ素子71が搭載された部品搭載基板の形状パラメータ、及び赤外線センサ74の形状パラメータが変化したときの赤外線センサ74の感度(前方感度、及び後方感度;いずれも通信距離)を種々評価した。図6は、矩形の部品搭載基板S上に搭載された部品のうち、赤外線検知回路73a及び無線信号受信回路73bと赤外線センサ74の配置の一例を模式的に示す平面図及び側面図(一図に両図を併せて示す。)である。なお、この配置例では、部品搭載基板Sの領域全体の平面が、無線受信機2のアンテナ71によって画成されるアンテナ領域の平面に相当し、それらのアンテナ7及び赤外線センサ74からアンテナ7が構成される。また、図示において、Aは部品搭載基板Sの短辺の長さ(mm)を示し、Bは部品搭載基板Sの長辺の長さ(mm)を示し、hは赤外線センサの高さ(mm)を示す。
Here, in the
これらの形状パラメータの値と得られた赤外線センサ74の感度の評価結果を表1にまとめて示す(A=20mm、B=40mm、及びh=10mmのデータは、便宜上、重複して複数示す。)。また、表1に示す結果から得られた、赤外線センサの高さh/部品搭載基板Sの短辺の長さAの比の値に対する前方感度S1/後方感度S2の比の値の変化を、図7のグラフに示す。このS1/S2の比の値は、前述したのと同様に、部品搭載基板Sの一側(部品搭載面側、前方側)における無線受信機2の赤外線センサ74の指向性の高さを示す指標の一つである。これらの結果より、h/Aが0.5以上であれば、S1/S2が2以上(前方感度が後方感度の2倍以上)となり、h/Aが0.65以上であれば、S1/S2が3以上(前方感度が後方感度の3倍以上)と、極めて高い指向性を有することが確認された。
The values of these shape parameters and the evaluation results of the sensitivity of the obtained
なお、上述したとおり、本発明は上記の各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない限度において様々な変形が可能である。例えば、図8は、部品搭載基板S上に搭載された部品のうち、赤外線検知回路73a及び無線信号受信回路73bと赤外線センサ74の配置の他の例を模式的に示す平面図及び側面図である。このように、アンテナ素子71及び赤外線センサ74が、それぞれ別々の基板Sa及びSbに搭載されていてもよく、この場合、アンテナ素子71が搭載された基板Saの領域の平面が、無線受信機2のアンテナ素子71によって画成されるアンテナ領域に相当し、そのアンテナ領域の周囲近傍に赤外線センサ74が設置される。
In addition, as above-mentioned, this invention is not limited to said each embodiment, A various deformation | transformation is possible in the limit which does not change the summary. For example, FIG. 8 is a plan view and a side view schematically showing another example of the arrangement of the
以上説明したとおり、本発明の無線通信機及び無線通信システムは、無線送信機や無線受信機といった機器の設置状態(設置環境)やそれらの周囲の電波環境に影響を受けることなく、電波の指向性を所望にしかも高く制御することができ、これにより、目的とする機器の操作を確実に行うことが可能となるので、セキュリティゲート装置、パーソナルコンピュータ、レジスター装置、携帯端末機器等において、使用者(ユーザー、管理者)がそれらの機器やシステムから離間した場合に使用制限を行い、他人による不正利用を防止することが可能なセキュリティ分野等に広く応用及び利用することができる。 As described above, the wireless communication device and the wireless communication system of the present invention are capable of directing radio waves without being affected by the installation state (installation environment) of devices such as a radio transmitter and a radio receiver and the surrounding radio wave environment. Therefore, it is possible to control the target device as desired, and thus it is possible to reliably operate the target device. Therefore, in security gate devices, personal computers, register devices, portable terminal devices, etc., users When (user, administrator) is separated from those devices and systems, it can be used and widely used in the security field where unauthorized use by others can be prevented.
1…無線送信機、2…無線受信機(無線通信機)、3…セキュリティゲート装置(ゲート装置)、10…収容ケース、11…ゲート筐体、12…開閉フラッパー、20…アンテナ、30…送信モジュール、31…信号処理回路、32…高周波回路、40…電源部、41…太陽電池(発電素子)、42…二次電池(蓄電装置)、43…充電回路、50…無線モジュール(第1の無線モジュール)、60…筐体、70…無線モジュール(第2の無線モジュール)、71…アンテナ、72…高周波回路、73…信号処理回路、73a…赤外線検知回路、73b…無線線信号受信回路、74…赤外線センサ、100…無線通信システム、D…感知領域、S…部品搭載基板、Sa,Sb…基板。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記無線受信機のアンテナ素子によって画成されるアンテナ領域内又は該アンテナ領域の周囲に設けられており、かつ、該アンテナ素子とともに該無線受信機のアンテナ全体の一部を構成する赤外線センサを更に備えており、
前記無線受信機のアンテナ全体は、前記赤外線センサの感知領域方向に指向性を有するものであり、
下記式(1);
h/A≧0.5 …(1)、
h:前記赤外線センサの高さ、
A:前記無線受信機における前記アンテナ素子によって画成されるアンテナ領域の平面の短辺の長さ、
で表わされる関係を満たす、
無線通信機。 A radio communication device comprising a signal processing circuit, a high frequency circuit, and a signal processing circuit for receiving a signal transmitted from a radio transmitter having an antenna element, a high frequency circuit, and a radio receiver having an antenna element,
An infrared sensor provided in or around the antenna area defined by the antenna element of the radio receiver and constituting a part of the whole antenna of the radio receiver together with the antenna element; With
The entire antenna of the radio receiver state, and are not directed against the sensing area direction of the infrared sensor,
Following formula (1);
h / A ≧ 0.5 (1),
h: height of the infrared sensor,
A: the length of the short side of the plane of the antenna area defined by the antenna element in the radio receiver;
Satisfy the relationship represented by
Wireless communication device.
前記無線信号受信回路は、前記赤外線検知回路からの検知信号に基づいて動作する、
請求項1記載の無線通信機。 The signal processing circuit of the wireless receiver includes an infrared detection circuit connected to the infrared sensor, the infrared detection circuit, and a wireless signal reception circuit connected to an antenna element of the wireless receiver. ,
The wireless signal receiving circuit operates based on a detection signal from the infrared detection circuit,
The wireless communication device according to claim 1.
請求項1又は2記載の無線通信機。 The whole antenna of the radio receiver has directivity in a direction intersecting with the plane of the antenna area defined by the antenna element of the radio receiver.
The wireless communication device according to claim 1 or 2.
請求項1〜3のいずれか1項に記載の無線通信機。 The overall antenna of the radio receiver has a higher sensitivity on one side of the plane of the antenna area defined by the antenna elements of the radio receiver than on the other side of the plane of the antenna area.
The wireless communication device according to any one of claims 1 to 3.
請求項1〜3のいずれか1項に記載の無線通信機。 The whole antenna of the wireless receiver has higher sensitivity on the component mounting surface side of the wireless receiver than the sensitivity on the opposite surface side of the component mounting surface of the wireless receiver.
The wireless communication device according to any one of claims 1 to 3.
請求項1〜5のいずれか1項に記載の無線通信機。 The infrared sensor has a metal casing provided with an infrared detection window.
The wireless communication device according to any one of claims 1 to 5 .
前記無線通信機から送信された信号を受信する信号処理回路、高周波回路、及びアンテナ素子を有する無線受信機とを備えており、
前記無線受信機のアンテナ素子によって画成されるアンテナ領域内又は該アンテナ領域の周囲に設けられており、かつ、該アンテナ素子とともに該無線受信機のアンテナ全体の一部を構成する赤外線センサを更に備えており、
前記無線受信機のアンテナ全体は、前記赤外線センサの感知領域方向に指向性を有するものであり、
下記式(1);
h/A≧0.5 …(1)、
h:前記赤外線センサの高さ、
A:前記無線受信機における前記アンテナ素子によって画成されるアンテナ領域の平面の短辺の長さ、
で表わされる関係を満たす、
無線通信システム。 A radio transmitter having a signal processing circuit, a high-frequency circuit, and an antenna element;
A signal processing circuit for receiving a signal transmitted from the wireless communication device, a high-frequency circuit, and a wireless receiver having an antenna element;
An infrared sensor provided in or around the antenna area defined by the antenna element of the radio receiver and constituting a part of the whole antenna of the radio receiver together with the antenna element; With
The entire antenna of the radio receiver state, and are not directed against the sensing area direction of the infrared sensor,
Following formula (1);
h / A ≧ 0.5 (1),
h: height of the infrared sensor,
A: the length of the short side of the plane of the antenna area defined by the antenna element in the radio receiver;
Satisfy the relationship represented by
Wireless communication system.
前記無線受信機のアンテナ素子によって画成されるアンテナ領域内又は該アンテナ領域の周囲に設けられており、かつ、該アンテナ素子とともに無線受信機のアンテナ全体の一部を構成する赤外線センサを更に備えており、
前記無線受信機のアンテナ全体は、前記赤外線センサの感知領域方向に指向性を有するものであり、
下記式(1);
h/A≧0.5 …(1)、
h:前記赤外線センサの高さ、
A:前記無線受信機における前記アンテナ素子によって画成されるアンテナ領域の平面の短辺の長さ、
で表わされる関係を満たし、
前記無線受信機が設けられた側壁を有するゲート装置を更に備える、
無線通信システム。 A signal processing circuit, a high-frequency circuit, and a signal processing circuit for receiving a signal transmitted from a wireless transmitter having an antenna element, a high-frequency circuit, and a wireless receiver having an antenna element;
An infrared sensor provided in or around the antenna area defined by the antenna element of the radio receiver and constituting a part of the entire antenna of the radio receiver together with the antenna element; And
The entire antenna of the wireless receiver has directivity in the direction of the sensing area of the infrared sensor,
Following formula (1);
h / A ≧ 0.5 (1),
h: height of the infrared sensor,
A: the length of the short side of the plane of the antenna area defined by the antenna element in the radio receiver;
Satisfy the relationship represented by
A gate device having a side wall provided with the wireless receiver;
Wireless communication system.
請求項8記載の無線通信システム。 The wireless receiver is provided below the height center of the side wall of the gate device,
The wireless communication system according to claim 8.
前記複数の無線受信機は、それぞれの前記赤外線センサの感知領域が重複するように設置されたものである、
請求項8又は9に記載の無線通信システム。 A plurality of the wireless receivers,
The plurality of wireless receivers are installed such that the sensing areas of the infrared sensors overlap.
The wireless communication system according to claim 8 or 9 .
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